功能化尼龙导丝的构建、生物相容性评价及其血管内捕捉循环肿瘤细胞的实验研究

来源 :南京医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shaodongjia1668
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目的:循环肿瘤细胞(CTCs)是指由于各种原因进入患者循环血的恶性肿瘤细胞,研究表明其对于判断疾病预后有帮助,并且还能够实时提供恶性肿瘤生物学状态,蕴含指导治疗决策制定的潜力。然而,其在血液中的低丰度使得准确、简便地分离CTCs一直是一个技术难题。现有的诸多分离方案均是以临床患者血样或是混有肿瘤细胞的健康人血样为研究对象,而本课题旨在尝试一种新的理念,即在静脉内留置具有CTCs捕捉能力的尼龙导丝,通过导丝与大量循环血液的接触而增加其捕捉机会,消除样本血量所带来的限制。本课题拟将羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯(CBMA)修饰于尼龙导丝表面,一方面增强尼龙导丝的生物相容性,使之适合于血管内的留置使用,另一方面提供可活化的羧基,用于接枝针对CTCs的抗体,使尼龙导丝实现功能化。本课题首先设计并验证了CBMA分子的合成、鉴定及其在尼龙表面接枝的方法,随后对CBMA接枝后的尼龙材料生物相容性进行了系统评估,最后尝试了将抗上皮细胞粘附分子(EpCAM)抗体固定在经CBMA接枝的尼龙表面,并进行了这一功能化导丝捕捉CTCs的模拟实验。方法:运用甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)及3-氯丙酸为原料制备产物CBMA;运用傅里叶转换红外光谱(FTIR)以及核磁共振检测的氢谱(1H NMR)来验证产物结构及纯度;以硅烷偶联剂KH550作为桥梁分子,将CBMA接枝于尼龙材料表面;利用衰减全反射傅里叶红外光谱(ART-FTIR)及X射线电子能谱(XPS)验证CBMA在尼龙表面的接枝;通过水接触角测定、牛血清白蛋白(BSA)吸附试验、血小板吸附试验、血浆复钙时间(PRT)检测系统评价CBMA接枝后的尼龙材料血液相容性的改变;通过CBMA接枝后尼龙材料浸液与人脐静脉内皮细胞(HUVEC)共培养评价CBMA接枝尼龙的细胞毒性;利用碳二亚胺(EDC)及N羟基琥珀酰亚胺(NHS)体系将抗EpCAM抗体固定于CBMA接枝尼龙表面,利用细胞粘附试验检测抗体接枝后尼龙表面对EpCAM阳性细胞的特异性亲和能力;蠕动泵制造流动体系,检测抗EpCAM抗体接枝的尼龙导丝在流动体系中对EpCAM阳性细胞的粘附能力;利用裸鼠胃癌原位移植瘤模型及下腔静脉穿刺技术进行抗EpCAM抗体功能化的尼龙导丝体内捕捉CTCs的模拟试验。结果:通过DMAEMA及3-氯丙酸进行季胺化反应获得产物,产物FTIR检测在8个波数处(3435 cm-1、2979 cm-1、1650 cm-1、1592 cm-1、1395 cm-1、1320 cm-1、1168cm-1、966 cm-1)明显出峰,1H NMR谱图表明峰的化学位移及所对应的氢原子为:6.06(s,1H,=CH),5.68(s,1H,=CH),4.55(t,2H,OCH2),3.70(t,2H,CH2N),3.59(t,2H,NCH2),3.10(s,6H,NCH3),2.64(t,2H,CH2COO),1.84(s,3H,=CCH3);以KH550为桥梁分子,接枝CBMA后的尼龙片ATR-FTIR结果示波数1724cm-1处新增了一个峰,另外在波数1027cm-1处的峰强度明显增加,XPS结果无论是全元素扫描谱图或是C1s、O1s、N1s及Si2p扫描谱图均可见到峰型的明显变化。CBMA接枝后的尼龙片水接触角由75.05±0.77°下降至50.07±1.17°;在1mg/ml、0.5mg/ml和0.1mg/ml这三组BSA浓度的溶液中,洁净尼龙片表面吸附BSA的量分别为:94.32±17.85μg/cm2,66.66±10.56μg/cm2及25.98±6.54μg/cm2,而CBMA接枝后的尼龙片则为48.78±7.79μg/cm2,21.92±7.80μg/cm2及8.14±2.25μg/cm2,每组差异均具有统计学意义;洁净尼龙片粘附血小板数目为(13.3±2.9)×103个/mm2,仅KH550接枝后的尼龙片为(14.2±2.0)×103个/mm2,而CBMA接枝后的则为(4.2±1.0)×103个/mm2,洁净尼龙片和KH550接枝后尼龙片粘附血小板数目的差异无统计学意义(p=0.545),而CBMA接枝后尼龙片与洁净尼龙片的差异具有统计学意义(p<0.01);洁净尼龙片表面、KH550接枝后尼龙片表面和CBMA接枝后尼龙片表面的PRT依次为:834.17±31.56 s,827.50±35.46 s和1000.33±58.69 s,洁净尼龙片的PRT和KH550接枝后的尼龙片比较未见明显差异(p=0.738);CBMA接枝后尼龙片的PRT有明显延长,与洁净尼龙片相比差异具有统计学意义(p<0.01);HUVEC毒性试验表明,经CBMA接枝尼龙片浸泡的ECM培养基未对HUVECs的生长产生影响。利用EDC/NHS体系将抗EpCAM抗体进一步固定于CBMA接枝尼龙材料的表面,选取ICC证实的EpCAM表达阳性人胃癌细胞SGC7901和EpCAM表达阴性的人胃癌细胞MKN45为工具细胞进行的细胞粘附试验示抗体接枝后的尼龙表面对SGC7901粘附数目明显增多,由20.0±5.5个/视野增加至740.4±42.1个/视野;蠕动泵制造流动体系中的粘附试验表明,随着留置时间的变化,功能化尼龙导丝粘附SGC7901的数目也随之改变,具体分别为:10分钟:22.3±7.6个/视野;30分钟:73.3±19.6个/视野;60分钟:66.0±8.5个/视野;90分钟:152.7±36.1个/视野;120分钟:172.7±20.6个/视野;150分钟:163.3±26.7个/视野;12只成功建立人胃癌SGC7901细胞原位移植瘤的裸鼠用于CTCs捕捉体内模拟试验,留置的普通尼龙导丝6根均未找到CTCs,留置的CBMA接枝、抗EpCAM抗体功能化的尼龙导丝6根中有1根找到3个CTCs。结论:通过DMAEMA和3-氯丙酸的季胺化反应可以成功制得CBMA分子,FTIR及1H NMR证实了产物结构正确,纯度良好。以KH550为桥梁分子的CBMA接枝路线经过ATR-FTIR和XPS证实,能够成功将CBMA引入尼龙材料表面。CBMA接枝后尼龙材料亲水性、抗非特异蛋白吸附能力及抗凝血性能较原始尼龙材料明显增强,且其对HUVECs无明显毒性作用,非常适合用于血管内介入用装置的制作。进一步利用EDC/NHS能够成功将抗EpCAM抗体成功固定于CBMA接枝后的尼龙材料表面,使材料获得针对EpCAM阳性细胞的特异性亲和力。经过CBMA修饰、抗体接枝的尼龙导丝在流动体系中同样具有针对EpCAM阳性细胞的粘附能力,且粘附细胞数目随着在体系中留置时间不同而变化。这一功能化的尼龙导丝通过胃癌原位移植瘤裸鼠模型进行了初步验证,证实了其捕捉CTCs的可行性,但是仍有待后续研究进一步优化和改进。
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