基于金纳米棒的药物可控释放体系的设计、合成及其生物应用

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肿瘤是危害人类健康的严重疾病之一,而化疗一直是重要的肿瘤治疗方法之一。然而阿霉素、顺铂和紫杉醇等传统抗肿瘤药物的即时释放通常存在严重的全身性副作用,因为药物不仅可以积聚到肿瘤组织中,还能够被正常组织吸收。另外,正常组织对药物的不必要消耗会显著降低治疗效果,因此发展可控药物释放体系在肿瘤医学研究中具有重大意义。目前,对光、pH、温度和生物分子等刺激响应的纳米药物可控释放体系已成为肿瘤医学研究的热点。与其它刺激相比,近红外光(NIR)具有远程可控、组织穿透深度深和光毒性小等优点。而金纳米棒AuNRs具备优异的NIR光热转换特性,此外还具备成熟高效的合成路线、好的生物相容性和易于表面改性等特性,这使得其在离子检测、生物成像、药物传输和光热治疗等领域应用广泛。因此设计基于AuNRs的光热响应型纳米药物可控释放体系除了能够实现大容量负载药物、特定位点药物释放外,更能将药物释放与其它肿瘤治疗疗法结合,实现多模式治疗的协同作用。基于此,我们进行了以下工作:(1)首先采用一锅合成法和晶种制备法得到不同长径比的sAuNRs和AuNRs,并制备出了具有yolk-shell结构的均一纳米粒子,分别简记为sAuNRs-YS和AuNRs-YS,而后通过透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、扫描电镜和X射线光电子能谱等对sAuNRs-YS和AuNRs-YS进行了结构表征。另外,我们探究了AuNRs合成中的影响因素及其稳定性。在AuNRs-YS的制备过程中,我们考察了不同的刻蚀方法、水热刻蚀时间和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量对AuNRs-YS结构的影响,最终成功合成可用于大容量药物负载的sAuNRs-YS及AuNRs-YS粒子。其中AuNRs-YS粒子中yolk-shell结构的空腔为26±3 nm。(2)成功设计并合成出了一种近红外光热响应型且气泡促进药物释放的纳米平台,简记为DOX&ABC@AuNRs-YS,其以金纳米棒作为光热内核、二氧化硅薄层作为外壳,二者间的AuNRs-YS的yolk-shell结构作为药物载体,在其中负载抗癌药物DOX和气泡生成前体碳酸氢铵(ABC),其中ABC作为NIR刺激响应单元。其释放机理是在NIR激光照射下,DOX&ABC@Au NRs-YS中包封的碳酸氢铵产生气泡,释放出共包封的药物,肿瘤部位的DOX浓度随着DOX&ABC@AuNRs-YS中yolk-shell结构的破坏而迅速增加。通过对投料比的探索,优选出AuNRs-YS与DOX的质量比为1:1.86的体系。利用离心释放法对药物体外释放行为进行探究,并在NIR激光照射、不同的pH介质和细胞内等不同条件下分别研究了其药物传输释放行为。(3)将DOX&ABC@AuNRs-YS成功用于细胞和活体水平的肿瘤联合治疗。通过对其细胞摄取途径及细胞毒性评价,确定DOX&ABC@AuNRs-YS可安全应用于HeLa宫颈癌细胞,并通过激光共聚焦成像显微镜(CLSM)及流式细胞术(FC)进一步探究了DOX&ABC@Au NRs-YS粒子的联合治疗效果。在较低的光功率密度的808 nm NIR激光照射下,实现了80.3%的HeLa癌细胞死亡率。采用共染色方法来考察材料被细胞摄取的途径,并以裸鼠皮下HeLa瘤为模型,采用实时监测荷瘤小鼠的体重和肿瘤大小以及H&E染色方法确定纳米药物释放体系的活体毒性,进一步证明了DOX&ABC@AuNRs-YS材料优异的活体肿瘤治疗效果,在肿瘤医学中具有潜在的应用前景。(4)利用萘衍生物易捕获单线态氧的特性,得到单线态氧载体(NDE),并利用yolk-shell结构的大空腔结构,同时吸附NDE和模型药物DOX,最终成功设计合成NDE&DOX@Au NRs-YS粒子,其有望实现近红外光热触发的热疗-化疗-光动力治疗的肿瘤联合治疗。
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