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目的:放射治疗是治疗肿瘤的主要手段之一。然而,由于肿瘤影像诊断的局限性,常导致肿瘤组织未达肿瘤致死剂量、周围正常组织过量,从而引起放疗副反应;同时由于肿瘤组织自身存在的放疗抵抗,极大的降低了肿瘤细胞对高能射线的放疗敏感性,削弱放疗的治疗效果。针对肿瘤放疗过程中存在的影像诊断误差与放疗抵抗,本研究旨在利用水热碳化法制备一种多功能的新型纳米颗粒—钆掺杂碳量子点(Gd-doped CDs),应用于肿瘤靶向性成像及肿瘤的放疗增敏。方法:以钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)作为钆源材料、甘氨酸作为钝化剂通过一步水热碳化法制备Gd-doped CDs;利用透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱法(FTIR)、X射线光电子能谱学(XPSS)、X射线衍射仪(XRD)揭示Gd-doped CDs的理化特性;利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、荧光光度计(PL)揭示Gd-doped CDs的光学特性;利用核磁共振仪揭示Gd-doped CDs的磁学特性;利用CCK-8实验、溶血实验、细胞成像、组织学分析、ICP-MS揭示Gd-doped CDs的生物相容性;利用BALB/c小鼠以及BALB/c小鼠皮下肿瘤、肝癌原位移植瘤模型MRI平扫、组织病理学和免疫组织化学染色检测Gd-doped CDs的肿瘤靶向性成像;利用克隆形成实验、BALB/c小鼠皮下肿瘤模型体内实验检测Gd-doped CDs的放疗增敏作用。结果:1.钆掺杂碳量子点的制备及表征利用水热碳化法成功构建Gd-doped CDs,TEM显示Gd-doped CDs水溶性好,在水中分散均匀,粒径大小均一,大小约为~18 nm;XRD显示Gd-doped CDs的物相结构是一个多相异质结构,结构介于石墨与氧化石墨之间;FTIR显示Gd-doped CDs表面富含羧基、羰基等亲水基团;XPS显示碳量子点颗粒主要由钆、碳、氧和钆原子组成;UV/Vis、PL显示Gd-doped CDs水中分散性好,具有良好的荧光性能;Gd-doped CDs的弛豫效率r1值为6 mM-1S-1;2.钆掺杂碳量子点生物相容性的表征不同浓度gd-dopedcds对hepg2和vsmcs细胞活性均无明显影响(p?0.05),即使是200μg/ml培养72h后,两组细胞的细胞活性均?90%;与对照组相比,不同浓度的gd-dopedcds(50-400μg/ml)均无明显溶血反应;gd-dopedcds在紫外光激发光下发出较强、稳定的绿色荧光;注射gd-dopedcds后各重要器官均对gd-dopedcds有摄取,以脾脏和心脏对gd-dopedcds的摄取为主,摄取量分布为:0.129g/kg和0.032g/kg;gd-dopedcds对小鼠的重要脏器(心、肝、脾、肺、肾)无明显毒性,病理学结果显示对照组与实验组均无明显病理变化,未引起组织损伤、炎症反应。3.钆掺杂碳量子点的在肿瘤mri靶向性成像中的研究gd-dopedcds和商品化造影剂gd-dtpa经小鼠尾静脉注射,各主要脏器t1-相显影均显著增强,尤其是肾脏和膀胱的信号较高;gd-dtpa组1h后,肾脏和膀胱信号较前有所下降,6h后而无信号增强;与对照相比,gd-dtpa组6h后各主要脏器仍有明显信号增强;皮下肝癌荷瘤小鼠经尾静脉注射gd-dopedcds后,周围正常组织无明显区别,而肝癌部位t1信号显著增强,冠状位和横断位的res分别达到了1.93和1.74;对于原位肝癌小鼠模型,注射gd-dopedcds后,图像中的肝癌组织信号没有增强反而减弱,冠状位和横断位的res分别降到了0.74和0.77;组织病理学h&e染色和免疫组化的结果均显示取材组织发生了病理变化。4.钆掺杂碳量子点的放疗增敏作用的实验研究gd-dopedcds组对hepg2细胞增殖无明显抑制,而gd-dopedcds结合照射组明显抑制hepg2细胞增殖(p<0.05),随着放疗剂量和gd-dopedcds的浓度增加,hepg2细胞增殖明显受抑制,呈剂量相关性,尤其是200μg/ml的gd-dopedcds在8gy照射下,hepg2细胞的生存分数显著降至64.9%(p<0.05);对照组和gd-dopedcds组的荷瘤鼠的肿瘤体积明显增长,肿瘤体积7天增长了3倍;单纯照射组的肿瘤体积增长受抑制,约缩小了12%;gd-dopedcds和放射联合治疗明显抑制肿瘤生长,体积明显缩小了53%。结论:1.本研究以钆喷酸葡胺(gd-dtpa)作为钆源材料、甘氨酸作为钝化剂通过一步水热碳化法成功制备gd-dopedcds;2.Gd-doped CDs的粒径大小均一,具有良好的水溶性、分散性;其内部具有异质多层的物相结构,无明显的晶格条纹,结构介于石墨与氧化石墨之间;Gd-doped CDs主要由钆、碳、氧和钆原子组成,主要官能团为羰基和羧基;具有良好的荧光性能及生物相容性;3.Gd-doped CDs具有较高的弛豫效率r1,具备增强MRI显像的作用。同时,由于其纳米材料所赋予的体内长滞留时间和EPR效应,Gd-doped CDs适宜肿瘤靶向性影像诊断。4.Gd-doped CDs具有抑制与杀伤肿瘤的作用,是一种较为理想的放疗增敏剂。