聚集诱导发光有机纳米颗粒的开发和制备及其在光动力治疗中的应用

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光动力治疗(PDT)作为一种新型治疗癌症的方法已经受到了广泛的关注和研究,它利用光敏剂(PSs)在特定光照下产生的活性氧(ROS)使细胞凋亡或坏死。将PSs封装到水溶性纳米颗粒中是提升PSs生物相容性和肿瘤靶向性的最合适策略之一。然而对于传统PSs,由于其具有平面π共轭结构,在封装成纳米颗粒时会因为聚集产生强烈的π-π堆积,进而引发聚集导致发光猝灭(ACQ)效应,限制了其PDT性能效果。聚集诱导发光(AIE)是与ACQ完全相反的现象。AIE分子在单分子状态下表现出可忽略或微弱的发射,但在聚集态或固态下表现出很大程度增强的发射,为PDT的发展提供了新的方向。人们对AIE纳米颗粒的设计开发主要集中在两方面:AIE PSs的分子结构设计与纳米颗粒封装基质的调控,但是对于已报道的AIE纳米颗粒而言,它们的尺寸大小从几十到几百纳米不一,难以系统评价它们的性能,并且它们颗粒内部的堆积方式均为无定形态。因此,若能对AIE纳米颗粒的尺寸大小进行优化并实现对纳米颗粒内部AIE PSs的堆积方式的有效控制,将为AIE纳米颗粒的开发提供了新的策略和方向。因此,本论文开展了以下研究:在本论文的第二章工作中,为了实现纳米颗粒的尺寸调控,我们提出了一种简单而普适性制备纳米颗粒的策略:通过改变THF和水的体积比例、投料比(DSPE-PEG/AIE)以及THF的挥发方式来实现在<10 nm到100 nm以上不同尺寸的纳米颗粒。光物理和光敏效果表征结果说明随着尺寸的增加,ACQ纳米颗粒的荧光效率和ROS产生效率逐渐减小;AIE纳米颗粒的荧光逐渐增强,而ROS产生效率呈现先增后减的趋势,在35-45 nm处达到最大值。这些发现不仅体现了AIE PSs在光化学纳米颗粒工程中的优势,还提供了高效PDT的最佳尺寸范围(35-45 nm)。随后AIE纳米颗粒进一步用细胞穿透肽(Tat)修饰,以评估其在细胞内的光动力杀伤性能。结果表明45 nm的AIE纳米颗粒显示出最高的细胞摄取量、ROS产生以及光动力杀伤效果。此外,在三维多细胞球体实验中,45 nm的AIE纳米颗粒也显示出最佳的穿透深度和最佳的光动力细胞杀伤效果。在本论文的第三章工作中,在第二章最合适尺寸35-45 nm的AIE纳米颗粒基础上,我们提出了一种超声诱导晶种结晶的制备AIE晶体纳米颗粒的方法:在连续超声下将包含AIE PSs和封装基质的THF溶液加到水后添加AIE PSs的晶体作为晶种,再添加适量THF后继续超声一段时间,在挥发THF后得到AIE晶体纳米颗粒。光物理和光敏性质表征结果显示,AIE晶体纳米颗粒具有更强的荧光和ROS产生效率,说明结晶是提升AIE纳米颗粒光敏效果的有效策略。随后的细胞实验进一步证明AIE晶体纳米颗粒相比于无定形纳米颗粒具有更强的细胞内摄取荧光和ROS产生效率以及光动力消融癌细胞性能。但目前研究缺少进一步的动物小鼠体内PDT效果研究和评估,这是后续需要改进的地方。
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