二氧化锰-金复合纳米材料用于癌症诊疗一体化研究

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癌症诊疗一体化是一种将癌症成像诊断技术与治疗方法有机结合的新型生物医学技术,有望实现个性化医疗、实时监测治疗过程和疗效反馈。伴随纳米技术的蓬勃发展,癌症纳米诊疗技术引起广泛地关注,其中肿瘤微环境响应纳米诊疗技术,有望实现肿瘤微环境响应的肿瘤诊断和治疗。二氧化锰(MnO2)具有良好的肿瘤微环境响应性质,刺激响应性释放Mn2+,用于肿瘤磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和化学动力学治疗(Chemodynamic Therapy,CDT)。金纳米材料由于其独特的物理、化学和生物学特性,使其在纳米医学领域引起了极大的关注,广泛应用于生物传感、生物医学成像、药物输送和光热治疗(Photothermal Therapy,PTT)等领域。但金纳米材料的化学惰性,不具备肿瘤微环境响应的特点,限制了其在肿瘤诊疗的应用。本文设计并合成了两种基于MnO2和金纳米材料的纳米诊疗剂用于肿瘤的诊疗一体化研究。主要内容如下:(1)开发了一种超小金纳米颗粒(Au NPs)和MnO2纳米花(MNF)的纳米平台,通过纳米酶级联反应,实现肿瘤的MRI和光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)双模态成像指导下的肿瘤饥饿/CDT/PTT协同治疗。其中MNF以天然色素分子黑色素作为模板剂合成,具有良好生物相容性。再利用其超大的比表面积装载Au NPs构建MNF-Au纳米诊疗剂。Au NPs具有类葡萄糖氧化酶的纳米酶活性,可以高效催化肿瘤内部的β-D-葡萄糖氧化成葡萄糖酸和过氧化氢(H2O2),实现肿瘤饥饿治疗。同时导致肿瘤内部p H下降和H2O2水平的上调,进而促进MnO2在酸性条件下分解生成Mn2+并产生氧气,Mn2+可以与H2O2发生类芬顿反应产生羟基自由基杀死肿瘤细胞,实现癌症饥饿治疗/CDT协同治疗。作为MNF模板剂的黑色素在近红外区的强光吸收可用于PAI造影和PTT。(2)设计和合成MnO2包覆二氧化硅(Si O2)包金纳米棒(GNR)纳米诊疗剂(GNR@Si O2@MnO2,GSM),用于MRI/PAI指导的近红外二区(NIR-II)肿瘤PTT/CDT联合治疗。通过对GNR进行双层修饰后,在改善其生物相容性和光稳定性的同时,也增强了GNR的表面等离子共振效应,引起吸收红移至NIR-II,使其可以用于NIR-II的PAI和PTT。同时,MnO2在肿瘤微环境中降解释放Mn2+用于MRI和CDT。综上所述,本论文探索了两种基于MnO2和金复合纳米材料的智能诊疗剂,充分利用了两种材料的优势,实现了癌症诊疗一体化。该研究扩展了为MnO2和金纳米材料在生物医学领域中的应用,同时为刺激响应型纳米诊疗剂的开发提供了良好的思路,其在未来具有潜在的应用前景。
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