光热治疗是一种新型的癌症治疗策略,它主要是将光热试剂聚集到肿瘤部位,在近红外光的照射下,将光能转化为热能从而升高肿瘤部位的温度,利用这种局部过热来杀死癌细胞。相较于传统的癌症治疗方法,光热治疗具有特异性高和副作用小的优点,因而受到了人们的广泛关注。但是,目前人们对于癌细胞光热治疗的研究重心更多地是集中在设计和开发光热试剂方面,而关于光热治疗导致癌细胞死亡的分子机制却尚不明确。目前,癌细胞死亡途径主要有凋亡和坏死两种,其中凋亡被视为是一种更―清洁‖的细胞死亡方式。因此,寻找一种光热治疗诱导细胞凋亡的可行方案并了解其细胞凋亡的分子机制,对于改善光热治疗效果和推进其临床应用至关重要。因而本学位论文旨在通过设计并制备一种具有高的光热转换效率的纳米光热试剂,筛选出能特异性诱导癌细胞凋亡的光热治疗条件,并运用表面增强拉曼光谱技术实时原位地监测癌细胞在光热过程中的分子响应,从而揭示光热治疗诱导细胞凋亡的分子机制。本论文的主要研究内容有:1、为了选择性地诱导癌细胞凋亡,首先我们合成了在近红外(NIR)区域有强吸收能力的珊瑚金(Au NCs),其具有非常高的近红外光热转换效率(32%)。然后将该纳米粒子作为光热试剂用于人乳腺癌细胞(MCF-7)的体外光热治疗,通过筛选光热治疗的条件,如Au NCs的剂量、光照的功率及时长,最终发现以低功率密度(0.5W/cm~2)的近红外光照射MCF-7细胞15 min,可以选择性地诱导MCF-7细胞发生凋亡。并且蛋白质免疫印迹实验结果进一步揭示光热治疗诱导的细胞凋亡是由Bcl-2家族中Bak蛋白的活化和Bcl-2蛋白的抑制介导的。另外将该纳米粒子应用于接种MCF-7细胞的带瘤小鼠的体内光热治疗,该实验结果表明了相同的光热实验条件,可以有效消融MCF-7异种移植肿瘤并抑制肿瘤的复发。通过对肿瘤组织切片的免疫组化分析进一步证实了小鼠体内的MCF-7细胞的死亡途径是凋亡模式,并且该凋亡也是由Bak蛋白和Bcl-2蛋白介导的。这些研究结果为在光热治疗中选择性地诱导细胞死亡模式(即凋亡)提供了可行的方案,有益于提高光热治疗的效果。2、为了研究光热治疗诱导癌细胞凋亡的分子机理,我们以MCF-7细胞、人肺癌细胞(A549)以及人宫颈癌细胞(He La)作为研究对象,并以核靶向修饰的金纳米星颗粒(Au NSs)作为光热试剂选择性地诱导癌细胞凋亡。同时以Au NSs作为SERS探针,监测在光热治疗过程中MCF-7、A549和He La细胞拉曼光谱的实时动态变化。通过拉曼光谱分析,并结合液相色谱-质谱联用(LC-MS)、琼脂糖凝胶电泳以及蛋白质印迹分析等手段,发现在光热治疗诱导细胞凋亡过程中,细胞内发生了一系列分子事件,如细胞色素C的释放、蛋白质降解和DNA片段化。并进一步通过分析细胞在光热治疗过程中的二维相关拉曼光谱变化规律,揭示了这一系列分子事件的动力学过程。此外,我们还通过蛋白质印迹分析揭示了光热治疗中细胞的凋亡通路是由Bid蛋白活化引发的线粒体通路。本工作的实验结果揭示了光热治疗诱导细胞凋亡的分子机制,对如何调节光热治疗参数以优化其治疗效果有重要的理论指导意义。