LIFU响应型纳米粒诱导巨噬细胞凋亡治疗动脉粥样硬化易损斑块的实验研究

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第一部分纳米粒的制备及理化性质研究目的制备一种载Fe3O4、全氟己烷(PFH)、近红外荧光染料Di R,同时能够靶向巨噬细胞SR-A受体的LIFU响应型多功能纳米粒,并检测其基本的理化性质。方法采用双乳化法及静电吸附法制备以PLGA-PEG-PLGA为载体,内含有Fe3O4、PFH、Di R并连接硫酸葡聚糖(DS)的纳米粒。马尔文粒径仪检测其粒径、多分散系数、电位;电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)计算其载铁量;扫描电镜、激光共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜分析其形态、分布特性及结构;元素映射地图及能谱线扫描对纳米粒中元素进行分析和量化;7天内连续测量粒径大小和拍摄数字照片观察溶液外观变化检测其稳定性。结果成功制备出FPD@CD纳米粒,尺寸为255.9±2.94 nm,多分散系数0.097±0.016;扫描电镜、激光共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜显示纳米粒具有球形的壳核结构、光滑的表面、均匀的尺寸和良好的分散性;高分辨率透射电镜、元素分析验证DS的成功连接;在7天的观察时间内,粒径大小和溶液外观未见明显改变。结论成功制备出载有Fe3O4、PFH、Di R染料并连接DS的多功能相变型纳米粒FPD@CD。该纳米粒大小均匀、分散性好,表面呈光滑的三维球型,具有壳核结构,稳定性好。第二部分纳米粒的相变性能及体外多模态成像能力研究目的验证此多功能纳米粒在低强度聚焦超声(LIFU)辐照下的相变性能及纳米粒体外多模态显像的能力。方法采用LIFU治疗仪对装在琼脂糖凝胶模块内的FPD@CD纳米粒进行辐照,观察20 min内体外超声致相变的过程,光学显微镜下观察纳米粒相变的特点,记录全程不同时间点的温度值;配置0,2,4,6,8,10 mg/m L浓度梯度的FPD@CD纳米粒,通过小动物活体荧光成像系统以激发波长/发射波长748/780 nm进行扫描,采集荧光图像;将FPD@CD纳米粒与1%的琼脂溶液均匀混合,配置终浓度为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/m L的纳米粒,采用7.0 T小动物MRI系统进行T2*加权成像。结果体外超声成像显示FP@CD纳米粒在LIFU强度为2.5W/cm2辐照10 min后具有良好的超声信号对比度增强效果,光学显微镜图像表明FPD@CD的体积在10 min时达到最大值,约为2-3微米,相变过程中温度值略有升高,但变化不大,记录的最高温度为32℃;体外NIRF图像显示FPD@CD纳米粒的荧光信号呈浓度依赖性增强;体外MR成像显示伴随FPD@CD浓度的增加,T2*信号强度逐渐降低,R2*值与纳米粒浓度之间存在明显的线性相关性。结论以上实验结果证实了FPD@CD纳米粒具有LIFU响应型的相变性能和多模态成像能力,可为后续体内斑块多模态成像提供依据。第三部分纳米粒的安全性及靶向性研究目的评价LIFU响应型多功能纳米粒在体内外的生物安全性;验证该纳米粒分别对巨噬细胞RAW264.7、离体斑块和体内斑块的靶向能力。方法CCK-8法检测与纳米粒共孵育不同时间后RAW264.7细胞的存活率和尾静脉注射纳米粒后小鼠的血生化指标和H&E染色切片评价FPD@CD纳米粒的体内外安全性;共聚焦荧光显微镜、生物扫描电镜、生物透射电镜细胞吞噬实验评价纳米粒对于细胞的靶向能力;喂食高胆固醇饮食建立动脉粥样硬化斑块模型;普鲁士蓝染色和免疫荧光染色评价纳米粒对于离体斑块的靶向性;体内NIRF和MR成像检测纳米粒对体内斑块的靶向性。结果CCK-8结果显示不同组细胞存活率均高于84%;健康小鼠注射纳米粒后血生化检测及H&E染色切片未出现异常;CLSM、生物扫描电镜和生物透射电镜均显示被巨噬细胞内吞的FPD@CD纳米颗粒的数量呈时间依赖性增加,且靶向吞噬作用在4 h时最为明显;从离体和体内实验中也观察到,纳米颗粒被巨噬细胞有效地内吞,信号能够被NIRF和MR成像放大。结论成功验证了FPD@CD纳米粒具有较高的生物相容性并具有较强的靶向性,该LIFU响应型多功能纳米粒能够成功的靶向到斑块区域巨噬细胞的内部,能够利用体内NIRF和MR成像对斑块进行多模态成像的监测。第四部分LIFU联合FPD@CD纳米粒治疗动脉粥样硬化易损斑块的有效性研究目的验证LIFU联合FPD@CD纳米粒在体外和离体斑块中对巨噬细胞的杀伤性,讨论不同LIFU强度下对巨噬细胞产生的不同后果;评价LIFU联合FPD@CD纳米粒体内治疗动脉粥样硬化易损斑块的有效性。方法CCK-8法和流式细胞术检测不同分组下对巨噬细胞的杀伤性;Calcein-AM/PI细胞活-死染色、生物透射电镜、生物扫描电镜评价不同LIFU辐照强度(0,0.5,2.5,4 W/cm2)对巨噬细胞的影响;不同LIFU辐照强度(0.5、2.5和4 W/cm2)对离体斑块进行治疗后H&E和TUNEL染色评价斑块形态和细胞凋亡情况;体内应用2.5 W/cm2强度对小鼠主动脉斑块进行周期为20天的治疗,记录小鼠体重、主动脉大体病理标本纵切油红O染色检测斑块面积;ELISA试剂盒测定不同处理后体外细胞上清液和体内血浆中炎症因子含量。结果CCK-8和流式细胞术提示当纳米颗粒同时具有靶向和相变能力时,应用LIFU辐照能够实现对巨噬细胞最好的杀伤效果;Calcein-AM/PI细胞活-死染色、生物透射电镜、生物扫描电镜结果显示巨噬细胞的杀伤率可以通过改变LIFU辐照强度进行调节,2.5 W/cm2时,纳米粒在细胞内发生相变,巨噬细胞凋亡,细胞形态仍保持完整;离体斑块的治疗H&E和TUNEL染色结果提示2.5 W/cm2组中观察到较多的细胞凋亡,但斑块的纤维帽保持完整和连续;ELISA检测结果表明体外细胞水平和体内水平的炎症程度均有降低;体内治疗结果提示大体病理标本油红O染色的斑块面积减少了49.4%,小鼠耐受。结论在本研究中,2.5 W/cm2是合适的辐照强度,LIFU联合FPD@CD纳米粒发生液气相变效应引起巨噬细胞调亡这种治疗策略在减轻斑块的炎症程度和抑制动脉粥样硬化易损斑块进展方面可能是有效的。
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