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响应性纳米材料能够在刺激条件下发生结构和性质变化,从而可以进一步用于可控的药物递送、特异性检测诊断等生物医学研究领域。在响应性纳米材料的生物应用方面,根据刺激条件来源的不同,可以将响应性纳米材料分为生物内源性刺激(酶、氧化还原、pH和乏氧环境等)响应性纳米材料和外源性刺激(光、磁场和超声等)响应性纳米材料。现有的制备响应性纳米材料的方法包括纳米粒子功能化和两亲性分子组装。虽然目前已有很多响应性纳米材料被开发用于成像和药物递送等领域,但是如何根据临床需求制备出生物相容性更好且更“智能”的响应性纳米材料依然有很大的研究空白。本文致力于针对性的开发具有不同功能的新型响应性纳米材料,通过研究证实其响应性能,并评价其在肿瘤成像及药物负载等领域中的应用潜力。具体包括以下三个部分:(1)开发半胱天冬酶3/7(Casp3/7)响应性的纳米材料用于增强对凋亡肿瘤的磁共振成像(MRI)效果。通过结合固相多肽合成(SPPS)的方法,制备出能够对 Casp3/7 响应的小分子 Ac-Asp-Glu-Val-Asp-Cys(StBu)-Lys-CBT(1)。该小分子序列中Lys侧链上有可参与反应的氨基,通过酰胺缩合反应将小分子修饰到双羧基聚乙二醇(COOH-PEG-COOH)功能化的四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4 NPs)上,制备得到具有酶响应性的单分散纳米材料Fe3O4@1 NPs。当Fe3O4@1 NPs被高表达Casp3/7的细胞摄取后,在细胞内的还原型谷胱甘肽(GSH)和Casp3/7的共同作用下,诱导Fe3O4 NPs形成交联的聚集体,从而缩短周围水中质子(1H)的横向弛豫时间(T2),增强磁共振成像效果。通过设计酶切实验对Fe3O4@1 NPs的响应性能进行验证,并构建高表达Casp3/7的细胞模型和小鼠凋亡肿瘤模型对制备的响应性纳米材料的磁共振成像性能进行验证。(2)开发弗林蛋白酶(Furin)响应性的纳米材料对肿瘤进行精确双模态(1H和19F)磁共振成像。通过将含有19F的4-(三氟甲基)苯甲酸(TFMB)基元引入到短肽结构,再根据酶切底物的特征,制备出能够对Furin响应的分子TFMB-Arg-Val-Arg-Arg-Cys(StBu)-Lys-CBT(1),将分子修饰到双羧基聚乙二醇(COOH-PEG-COOH)功能化的氧化铁纳米粒子(IONP)上制备得到具有弗林酶响应性的纳米材料IONP@1。由于顺磁性弛豫增强(PRE)效应的存在,纳米材料的19F信号最初处于“关闭”状态,IONP@1被高表达Furin的肿瘤细胞摄取后,Furin诱导IONP聚集,增强1H的T2加权MRI信号,同时含19F的肽段被剪切远离IONP,PRE效应减弱,19F NMR/MRI信号“开启”。通过构建体外酶切的模型和高表达Furin的细胞模型将IONP@1应用于弗林蛋白酶的活性检测,构建斑马鱼肿瘤模型用于证实IONP@1可以实现对肿瘤的精确双模态(1H和19F)磁共振成像。(3)开发能够光响应释放一氧化氮(NO)的可降解型纳米胶束用于负载阿霉素(DOX)实现协同抗癌。通过将间羟基苯甲醛与溴乙醇反应得到成醚产物,随后与对苯二胺反应合成席夫碱,然后将其用硼氢化钠(NaBH4)还原并用亚硝酸钠(NaNO2)进行亚硝化处理得到可释放NO的分子(NORM)。使用NORM作为结构单元,在六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和聚乙二醇单甲醚(mPEG-OH)存在下,通过缩聚反应制备PEG-b-PNORM-b-PEG三嵌段共聚物。光响应性的N,N1-二亚硝基对苯二胺(DNP)衍生物被整合到两亲性三嵌段共聚物的中间嵌段,所以得到的三嵌段共聚物可以作为大分子NO供体,PEG-b-PNORM-b-PEG三嵌段共聚物具有光响应性,并且光触发的NO释放过程将DNP转化为醌二亚胺(QDI)衍生物,由于QDI基元的自发水解,使得所得聚合物能够降解。通过设计体外和体内实验,证实供体在可见光照射下能够触发NO释放过程。此外,制备出负载DOX的胶束后,通过实验证实NO释放触发的胶束解离过程,并对响应性纳米组装体在可见光照射下同时释放NO和DOX用于协同抗癌的性能进行验证。