新型肿瘤微环境响应型纳米探针构建及成像检测与治疗应用研究

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癌症一直都是威胁人类生命健康的主要原因之一,人类也一直在寻找着癌症诊断与治疗的方法。肿瘤的准确诊断是实现高效治疗的关键,荧光成像由于具有较高的灵敏度、较快的响应速度以及简单的操作等优点,使得其成为肿瘤成像检测最常用的方法之一。当然,高效的肿瘤治疗方法是实现肿瘤的成功治疗的决定性要素。化学动力学疗法(chemodynamic therapy,CDT)是一种有效的肿瘤治疗策略,它是通过Fe2+与肿瘤细胞内源性H2O2发生Fenton反应,其反应产物-羟基自由基(·OH)能原位氧化癌细胞内的生物大分子,对癌细胞产生很强的损伤作用,从而达到对肿瘤高效治疗的目的。与过去几十年里兴起的光动力(PDT)疗法、光热疗法(PTT)等癌症治疗策略相比,CDT不需要光源,也不受局部氧气含量的影响,所以近年来受到越来越多的关注。然而,低效的Fenton反应催化剂与含量有限的内源性H2O2使得CDT的应用受到了限制。此外,目前很多用于癌症诊疗的纳米试剂不能“智能”的识别癌细胞,导致对正常组织细胞造成了较大的毒副作用。因此,为了解决以上问题,本文设计了两种具有肿瘤微环境响应特性的纳米探针并对其在成像检测与化学动力学治疗应用上进行了研究。具体开展的两个工作内容如下:1.我们构建了一个具有肿瘤靶向性的纳米复合物(CuNCs-Fe@HA)用于癌细胞turn-on成像与化学动力学治疗。首先,我们合成了由单宁酸为稳定剂的铜纳米簇(CuNCs),然后通过配位作用将Fe3+与纳米簇进行偶联。CuNCs与Fe3+之间存在的电子转移过程使得CuNCs原本的荧光信号被淬灭。最后在该纳米簇的表面包裹上透明质酸,形成无荧光的纳米复合物(CuNCs-Fe@HA)。随后,由于肿瘤细胞具有表面CD44受体含量偏高的特点,CuNCs-Fe@HA通过受体介导而特异性的进入癌细胞后,癌细胞内过表达的透明质酸酶将铜簇表面的透明质酸消化掉,然后癌细胞中过表达的谷胱甘肽(GSH)进而将Fe3+还原为Fe2+,使得铜簇的荧光得到恢复。同时,Fe2+与癌细胞内过表达的H2O2发生Fenton反应,产生高毒性的·OH,从而实现对癌细胞turn-on成像与化学动力学治疗。2.在上一个课题的基础上,我们继续开发对肿瘤微环境响应的纳米探针,我们设计了一个pH响应型的新型纳米平台(CaO2@TA-Fe(Ⅲ))用于增强的化学动力学治疗。首先,我们合成了CaO2纳米球形团聚物,然后利用三价铁离子与多酚-单宁酸(TA)在过氧化钙纳米球形团聚物表面形成致密的TA-Fe纳米涂层。当CaO2@TA-Fe(Ⅲ)纳米复合物到达肿瘤部位后,TA在肿瘤弱酸性的环境下迅速地将Fe3+还原为Fe2+,而内部过氧化钙纳米球形团聚物也快速地水解产生H2O2,从而解决了CDT中存在的两大缺点:(1)Fenton反应的效率低下;(2)癌细胞内H2O2含量不足。同时,Fe2+与H2O2反应产生的·OH使得肿瘤细胞处于氧化应激状态,这将促使“钙超载”过程的发生,从而加速了肿瘤细胞的死亡。由Fe3+介导的Fenton反应过程中生成的羟基自由基与“钙超载”相互促进,大大提高了肿瘤治疗的效果。
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