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研究背景:为了应对核与辐射突发事件及医疗照射造成的辐射损伤,深入开展辐射防护研究具有十分重要的意义。随着放射治疗在肿瘤治疗领域的广泛应用,电离辐射不仅对快速增殖的肿瘤细胞起到了有效的杀伤作用,也不可避免地损伤正进行快速自我更新的正常细胞,例如位于小肠隐窝中的干细胞。如果全身受照剂量大于10 Gy,严重的小肠损伤甚至会使患者在短时间内出现急性胃肠道损伤综合症,并在数周内导致患者死亡。因此,探索针对放射性肠损伤的防治策略已成为放射医学领域的重要研究内容。目前放射性肠损伤的发生发展机制及辐射防护药物研究已取得了一定进展,但仍存在一些问题与挑战,如药物的稳定性、小肠靶向性以及生物安全性等问题。另外,近年来虽然发现了一些对维持小肠组织稳态及促进肠道修复有效的细胞类型及调节因子,但辐射导致的小肠干细胞损伤及修复的机制至今仍然没有定论。因此,基于小肠特殊的生理学结构及辐射损伤特点,结合小肠干细胞的损伤及修复机制,探索新的辐射防治手段,对于缓解辐射引起的胃肠道综合症意义重大。研究目的:本论文围绕提高辐射防护药物稳定性、小肠靶向性及生物安全性等方面,系统研究了新型高效辐射防护药物制剂用于放射性肠损伤的防护作用及机制,旨在构建具有临床应用价值的辐射防护药物体系,改善小肠辐射损伤患者预后,为新型辐射防护制剂的临床转化提供研究基础。具体研究如下:(1)口服辐射防护纳米药物对小肠的防护作用及机制研究大剂量电离辐射会造成胃肠道的损伤,辐射敏感性较高的小肠组织损伤尤为严重,甚至会导致机体死亡。传统的辐射防护药物由于难以富集于小肠或进入肠腔后易被消化液快速清除,因此难以达到理想的小肠辐射防护效果。目的:本研究提出了一种新型辐射防护策略,旨在通过口服新型智能辐射防护纳米药物缓解放射性肠损伤。方法:通过亲疏水作用将沙利度胺封装于改性后的壳聚糖纳米颗粒中,使用聚多巴胺包覆于纳米颗粒表面形成纳米药物。通过小肠隐窝3D组织培养模型检测纳米药物的生物安全性及体外辐射防护效果。通过在模拟消化液中进行药物释放实验检测纳米药物对胃酸的抵抗作用,及在小肠内释放规律。通过荧光染料标记纳米药物,检测纳米药物肠道粘液屏障穿透能力及在隐窝部位粘附时间。通过建立放射性肠损伤动物模型,检测纳米药物的辐射防护效果。结果:辐射防护纳米药物具有良好的生物相容性及体外辐射防护效果。纳米药物可以抵抗胃酸并在小肠内缓慢释放,口服此纳米药物可有效改善受到14 Gy全腹照射C57BL/6J小鼠的生存率,并保护小肠上皮结构的完整性。结论:口服辐射防护纳米药物具有高效小肠辐射防护效果,为有效缓解辐射引起的胃肠综合症提供了一种新的应对策略,并为核应急及放射诊疗中放射性肠损伤的高效精准防护提供了新的解决思路。(2)靶向中空普鲁士蓝纳米注射制剂的小肠辐射防护作用及机制研究放射治疗是腹部肿瘤的主要治疗手段,但不可避免地会对肿瘤周围的小肠等正常组织造成辐射损伤。然而,目前多数缓解放射性肠损伤的医疗手段仅停留在试验阶段。传统辐射防护制剂副作用大且缺乏小肠靶向性,限制了其缓解放射性肠损伤的作用效果。目的:本研究中我们开发了一种以普鲁士蓝为基材的肠靶向纳米注射制剂(Res@PVP-HMPB),拟通过提高小肠靶向性来提高药物的辐射防护效果。方法:通过细胞实验检测靶向中空普鲁士蓝纳米药物的生物相容性及对小肠上皮细胞的辐射防护效果。通过荧光染料标记纳米药物,检测纳米药物的器官分布情况。通过建立放射性肠损伤动物模型,检测纳米药物对小肠的保护作用。通过检测小肠DNA损伤程度及凋亡相关蛋白表达水平,对其辐射防护机制进行深入研究。结果:Res@PVP-HMPB具有良好的生物相容性及辐射防护效果,为其成为肠道辐射防护剂提供了有利的先决条件。经注射后Res@PVP-HMPB可富集于小肠内,有效增强了纳米药物的生物利用度。Res@PVP-HMPB可以通过有效抑制电离辐射引起的小肠隐窝干细胞DNA损伤,发挥干细胞凋亡抑制作用,从而有效维持14Gy全腹照射后C57BL/6J小鼠肠道结构的完整性。结论:靶向中空普鲁士蓝纳米注射制剂显著增强了纳米药物的小肠辐射防护效果,开拓了临床药物普鲁士蓝的新应用领域,不仅为胃肠道辐射防护提供了新的纳米药物解决方案,也促进了纳米药物的临床转化。(3)中性鞘磷脂酶抑制剂GW4869缓解小肠辐射损伤及防护机制研究电离辐射会对小肠干细胞等增殖迅速的细胞DNA造成损伤,从而引起辐射诱导的胃肠道综合症。受到断裂双链DNA的刺激后,炎性Caspase会释放GSDMD蛋白N末端片段,该蛋白片段会在细胞膜上成孔破坏膜完整性,从而引起小肠干细胞焦亡。目的:本研究拟通过调控细胞膜脂质成分,减少焦亡相关成孔蛋白水平,促进辐射引起细胞膜损伤的修复,从而缓解放射性肠损伤。方法:本研究建立了致死性辐射损伤动物模型和体外小肠类器官3D培养模型,研究GW4869的辐射防护细胞机制。通过对电离辐射前后中性鞘磷脂酶活性及焦亡相关蛋白表达水平进行检测,研究GW4869的辐射防护分子机制。结果:研究发现GW4869可通过保护小肠隐窝干细胞及前体细胞来维持小肠上皮结构完整性,从而显著提高小鼠照后存活率。GW4869缓解辐射引起胃肠道综合症的机制为抑制中性鞘磷脂酶活性,从而使细胞膜GSDMD成孔部位发生内吞降解。结论:GW4869通过改善细胞膜的完整性抑制细胞焦亡的发生发展过程。本文阐明了 GW4869缓解胃肠道综合症的作用机制,为缓解放射性肠损伤提供了新的治疗靶点。总结:本论文针对放射性肠损伤开展了新型高效小肠辐射防护药物研究。设计构建了新型的口服智能辐射防护纳米药物,显著改善放射性肠损伤;使用中空普鲁士蓝装载白藜芦醇纳米注射制剂,抑制小肠隐窝干细胞DNA损伤,实现了小肠靶向辐射防护;使用中性鞘磷脂酶抑制剂,通过维持细胞膜结构的完整性,提高了小肠辐射防护效果。研究成果为放射性肠损伤的临床干预提供了新策略和解决方案,具有重要的理论价值和应用前景。