宫颈癌发病率在中国女性恶性肿瘤中高居第二位,病理类型以鳞癌为主,近年来,患者趋向年轻化。目前,宫颈癌的临床治疗主要为手术及放化疗,其中根治性手术使妇女完全失去生育能力,宫颈锥切术后妊娠易致流产,不适用于有生育需求的宫颈癌年轻患者;而放化疗具有较强的毒副作用,可造成卵巢损伤,严重降低患者的生活质量。因此,需要探寻更加安全并且同时有效的治疗方式。基于恶性组织特异性蓄积的光敏材料吸收光后与周围氧作用生成过量活性氧为特点的光动力治疗,因其具有良好的选择性,仅作用于照光位置,不损伤正常组织,保留器官的解剖及功能完整性,非侵入性,毒副作用轻微,可重复治疗等优势引起广泛关注,光动力技术已应用于治疗年轻患者高危HPV持续性感染及CIN宫颈病变,并取得了良好的治疗效果,光动力治疗或可为有生育需求的宫颈癌前病变甚至早期宫颈癌患者提供更为安全的治疗管理策略。光动力作用产生的过量活性氧,主要为单线态氧(1O2),可促使细胞重要成分被氧化,功能结构被破坏,诱导肿瘤细胞死亡。然而,宫颈癌的乏氧微环境不利于1O2的生成,最常用的卟啉类光敏剂宫颈癌的靶向性不高是限制光动力治疗宫颈癌临床应用的两大要素。研究发现,肿瘤细胞内H2O2水平升高;此外,基于光照时肿瘤部位蓄积的光热材料产生热量,促使局部温度升高致使肿瘤细胞死亡的光热治疗不需要氧参与;宫颈癌细胞膜叶酸α受体中-高表达,且表达量随病变严重程度增加而增加。因此,利用宫颈癌叶酸靶向、促使细胞内高水平H2O2分解为O2,联合光热作用可有效弥补光动力在宫颈癌治疗上的劣势。光热材料与光敏剂材料的光吸收峰不尽相同,因此常需要两种波长激光照射才能发挥光动光热协同作用,然而两种激光转换不利于临床操作,能在单光源下同时发挥光动光热协同作用更利于临床转化。[目的]本文围绕克服肿瘤乏氧微环境对光动力治疗的限制,提高材料的宫颈癌靶向性,调控光热与光敏材料的性质使其可在单光源下同时发挥光动光热作用为目标,构建核-壳纳米复合材料AuNRs@MOFs-FA,将能催化H2O2分解的光敏材料Fe3O-卟琳-MOFs包覆在调控后与卟啉存在相同吸收峰位置的光热材料AuNRs外形成壳,实现外层MOFs厚度可调,并在MOFs的表面连接叶酸提高宫颈癌靶向性。探索在单光源660 nm激光照射下拥有最佳光热效应的AuNRs@MOFs-FA及其壳的厚度、光动性能和催化性能,并探究此复合材料同时发挥光动力光热协同作用对宫颈癌的抗肿瘤效果及促宫颈癌细胞死亡的作用机制。[方法](1)根据修改后的晶种生长法,通过调控生长液中Ag离子的含量合成与卟啉光敏剂光吸收峰相匹配的AuNRs,利用Au-S键使AuNRs表面羧基化,利用Fe3O团簇与羧基配位键的形成将Fe3O金属结点层及四羧基卟啉有机配体层通过层层合成法包覆在AuNRs外,形成MOFs壳,最终利用叶酸的羧基与Fe3O团簇形成配位键将叶酸连接在MOFs壳外,构建出在660 nm单一光源下同时具有光热作用、乏氧环境下光动力作用、叶酸靶向协同治疗的多功能纳米复合材料AuNRs@MOFs-FA,调控MOFs合成层数可控制外层壳厚度。(2)通过吸收光谱及透射电镜对该纳米复合材料进行表征,并考察该材料在660nm激光照射下,热量及单线态氧的生成,筛选出光热效果最佳的壳厚度(Au@MOFD),考察其光动性能及催化H2O2分解为氧的性能。(3)以宫颈鳞癌CaSki细胞为研究模型,考察AuNRs@MOFs-FA的摄取情况、未光照时的生物安全性、光照时肿瘤细胞杀伤效果及光照时致肿瘤细胞死亡机制。(4)建立宫颈鳞癌裸鼠皮下荷瘤模型,将AuNRs@MOFs-FA的PBS溶液直接瘤内注射后光照设为实验组,等体积PBS瘤内注射后不光照设为对照组,通过红外热成像验证材料在体内的光热效果,观察实验组及对照组裸鼠状态,肿瘤生长情况,计算实验组抑瘤率,并初步评价该疗法的安全性。[结果](1)制备了长径光吸收波段主要在655-665 nm的AuNRs,长径平均长度为52±5nm,通过调控合成层数(Fe3O-卟啉为一整层),在该AuNRs外形成不同厚度的 MOFs-叶酸壳,分别为 2.59±0.38nm(二层)、5.43±0.81 nm(三层)、8.12±0.80nm(四层),吸收光谱证实存在卟啉-MOFs特异性Q带吸收区。(2)温度检测实验显示660 nm光照下光热效应最佳的是5.43±0.81 nm壳层厚度的AuNRs@MOFs-FA(结合TEM表征简称为Au@MOFD);单线态氧检测实验显示660 nm光照时Au@MOFD可生成单线态氧,热及单线态氧的产生量随激光能量密度的升高而升高;H2O2催化实验证明Au@MOFD可催化H2O2分解为O2,提高O2在水中的溶解度。(3)体外细胞实验结果显示,Au@MOFD被摄取入胞质内,孵育48时,在细胞内分布最均匀。WST-1细胞增殖实验结果显示,当Au@MOFD的孵育浓度低于1.0 nM,无光照时,细胞可正常增殖,存活率无下降。660nm光照时,CaSki细胞存活率随浓度增加而下降,在0.4-0.6 nM范围内,细胞存活率从23%下降至7%,肿瘤细胞杀伤效果明显。死/活细胞荧光成像结果显示在激光直射区域绝大多数肿瘤细胞死亡,单纯光照或单纯Au@MOFD孵育时肿瘤细胞存活。凋亡染色成像结果显示,低功率激光照射时,肿瘤细胞趋向早期凋亡,较高功率激光照射时,肿瘤细胞呈现晚期凋亡或坏死。(4)动物实验结果显示,Au@MOFD在体内具有良好的光热效应,660nm光照5min后,裸鼠肿瘤部位温度超过50℃,Au@MOFD加激光照射的实验组抑瘤率达93.66%,H&E染色结果显示,实验组肿瘤区域肿瘤细胞形态被破坏,有炎性细胞浸润;实验组裸鼠与对照组及正常裸鼠的重要脏器切片无明显差异。[结论]晶种生长法联合层层合成法成功实现核-壳均可控,将Fe3O-羧基卟啉-MOFs成功包覆在AuNRs外,并连接叶酸,形成多功能复合纳米材料,AuNRs@MOFs-FA。在单光源660nm激光器照射下,AuNRs@MOFs-FA同时发挥光动光热作用,并可催化肿瘤细胞内高水平的H2O2分解为O2供以合成单线态氧,克服乏氧对光动力肿瘤治疗的限制,有效的杀伤宫颈鳞癌细胞,具有良好的抑瘤效果。多功能纳米复合材料为宫颈癌光治疗提供了更安全有效的策略。