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作为一种经典金属有机框架材料,普鲁士蓝纳米颗粒(PBNPs)良好的生物相容性、光热效应和多种纳米酶活性使其在医学领域具有广阔的应用前景。同时,其形状、尺寸可控和易于表面修饰等优点为药物递送和疾病诊疗提供了更多的可能。然而,纳米材料的形状、大小和电荷不仅影响其在体内的生物相容性和生物安全性,而且对纳米材料的光热效应和纳米酶活性有显著影响。为了更加科学、合理实现PBNPs的临床转化,有必要对不同参数的PBNPs在体内外的生物相容性和生物安全性进行系统评价。本文基于不同形貌、电荷、粒径的PBNPs,在体外开展了其溶液稳定性、光热效应、纳米酶活性评估;在体内开展了溶血率、细胞毒性、生物分布、短期和长期肝肾毒性检测。结果表明:虽然PBNPs在体内具有良好的生物相容性和安全性,但其肝肾毒性、代谢速率以及光热和纳米酶活性受到表面电荷和形貌的影响,为PBNPs作为纳米药物载体的应用提供了有力的证据。主要结果如下:1、不同形貌,电荷,粒径的普鲁士蓝纳米颗粒制备表征与体外理化测试本文通过改变反应中柠檬酸浓度和反应时间控制Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)离子释放速率以此控制粒径、通过盐酸腐蚀法控制形貌、通过表面修饰控制表面电荷。成功合成了不同形貌、大小和表面电荷的PBNPs,即NP1(平均直径30 nm)、NP2(平均直径100 nm)、NP3(平均直径200 nm)、NC(方形纳米粒子)、NS(球形纳米粒子)、NP+(正电荷纳米粒子)和NP-(负电荷纳米粒子),并对其稳定性、光热特性、过氧化物酶活性进行了研究。稳定性分析结果表明:NP3和NP+在DMEM培养基和磷酸盐缓冲溶液中稳定性较差;DLS结果表明,NP3和NP+在静置5天后粒子团聚导致稳定性降低;光热分析结果表明最大粒径的NP3经激光照射后光热效应最强,提示大的粒径增加了对光照的吸收横截面积从而提高了NP3的光热转化效率;在纳米酶活性分析结果表明,PBNPs的形貌、粒径对纳米酶活性影响较小,电荷影响较大,可能是由于NP+表面正电荷会排斥多氨基的3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)导致更多的NP+参与过氧化氢分解反应从而导致活性升高。以上结果表明:PBNPs的稳定性、光热效应与纳米酶活性与粒径和表面电荷相关。2、不同参数的普鲁士蓝纳米颗粒生物相容性和安全性测试通过评估不同PBNP在血液中的溶血率、细胞毒性、生物分布、短期和长期肝肾毒性发现:(1)所有PBNPs在200μg/ml下的平均溶血率为2.35%,低于ISO标准的5%。(2)通过噻唑蓝(MTT)法和Calcein-AM/PI染色测试结果表明电荷组的NP+和形貌组的NP3处理后的Hep G2细胞活力分别下降至81%和58%。(3)体内荧光成像和器官分布结果发现:12小时内PBNPs在肝肾中的荧光信号达到峰值,然后开始降低,48小时后下降至最小,在肝肾中聚集的PBNPs主要以尿液形式进行代谢。定量分析表明大于50 nm的PBNPs(NC、NS、NP2、NP3)的代谢率显著低于小于50 nm的PBNPs(NP+、NP-、NP1);NP+荧光信号比NP-下降更快,其机制可能是正电荷与血液蛋白质之间的相互作用加速肝肾对纳米材料的清除。(4)PBNPs的肝肾功能毒性分析。谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)和碱性磷酸酶(ALP)在不同剂量PBNPs给药6-12小时后显著升高并于48小时恢复到正常水平;肌酐(CREA)和尿素(BUN)同样呈先升后降的变化趋势。以上结果表明:PBNPs可以引起短暂的和轻微的肝肾功能损伤;PBNPs长期(2周)多次处理小鼠后后开展器官H&E染色观察结果表明:PBNPs未在重要器官中蓄积,肝肾功能各项指标均能恢复正常。结论:以上测试结果表明PBNPs拥有极强的血液相容性和较高的代谢效率,粒径和电荷是影响PBNPs在肝肾代谢速率的重要因素。