基于碳纳米管的纳米载药体系的构建及其肿瘤靶向性评价

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纳米尺度的药物传递体系可借助肿瘤组织特有的高渗透长滞留(EPR)效应在肿瘤部位有效靶向富集,为人们解决传统药物治疗中遇到的难题提供了新的解决方案。单臂碳纳米管(SWCNTs)具有较强的细胞膜穿透能力,稍加修饰即可携带多种有机或无机物质(如核酸、蛋白质、化疗药物等)进入细胞,构建基于SWCNTs的纳米载体用于肿瘤的靶向治疗具有广泛前景。  由于肿瘤的不均匀性,肿瘤内部的EPR效应很不明显,致使纳米载药体系的疗效受限。可通过局部热疗法改变肿瘤内部的血管通透性,提高药物的肿瘤内部渗透能力。生物系统对700-1000nm范围的近红外光(NIR)具有高通透性,SWCNTs对此范围的NIR有高吸收特性,可以将NIR的光能转换为热能,实现肿瘤的热疗的同时也可以提高纳米载药体系在肿瘤部位的渗透效果。因此,我们通过在SWCNTs表面修饰壳聚糖以提高其生物相容性,构建了对温度和NIR响应的纳米载药体系(NPS),搭载化疗药物阿霉素DOX制成NPS-DOX,并对其肿瘤靶向性进行评价。  纳米载药体系传递药物的另一个关键过程是如何快速的被肿瘤细胞摄取,使药物能够到达胞内作用靶点达到治疗目的。为提高NPS的进细胞效率,我们构建了表面修饰细胞穿膜肽(TAT)的纳米颗粒(NPS-TAT)和模拟细胞穿膜肽功能的胍基化纳米颗粒(G-NPS),以增强纳米载药体系的肿瘤靶向性能。  目的:  制备具备温度和NIR响应特性的纳米载药体系NPS,并对其肿瘤靶向性进行评价。研究经胍基化修饰的NPS的肿瘤细胞靶向性输送的行为,重点是细胞胞吞途径、效率、细胞内亚细胞器定位等关键问题。  方法:  1.近红外光介导下尺寸可控的纳米载体(NPS)用于增强药物肿瘤靶向输送的研究:  a.制备:酸化超声方法重切分散SWCNTs;壳聚糖修饰SWCNTs制成CS-OA@SWCNTs纳米颗粒;聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)在其表面交联温敏性聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm),制成温度、NIR双重敏感的NPS;  b.表征:动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)等手段对制备的纳米颗粒进行表征,包括粒径大小、表面电势、表面形貌等;  c.特性研究:离心分离法研究载药纳米颗粒在不同温度及pH下的释药特性;细胞活性/细胞毒性检测试剂盒研究纳米颗粒响应NIR对细胞的损伤情况;CCK-8试剂盒研究NPS对MB49细胞的毒性作用;  d.肿瘤靶向性评价:激光共聚焦显微镜观察NPS的进细胞途径及其胞内分布情况;免疫组化及免疫荧光评价其在NIR介导下的肿瘤靶向性。  2.具有细胞穿膜功能的刺激响应性纳米载体的制备及其增强肿瘤细胞内药物输送研究:  1)G-NPS的制备及肿瘤靶向性评价  a.制备:1H-吡唑-1-甲脒盐酸盐将NPS中壳聚糖的伯氨基胍基化,制成胍基化纳米颗粒G-NPS。  b.表征:DLS对纳米颗粒的粒径大小、表面电势进行表征。  c.特性研究:DLS研究G-NPS对温度的响应特性,并与NPS进行比较;CCK-8试剂盒检测G-NPS对MCF-7细胞的毒性作用。  d.肿瘤靶向性评价:激光共聚焦显微镜观察G-NPS的进细胞途径。  2)NPS-TAT的制备及表征:  a.制备:6-(马来酰亚胺基)己酸琥珀酰亚胺酯(GMBS)作连接剂连接NPS与细胞穿膜肽,制成NPS-TAT。  b.表征:DLS对纳米颗粒的粒径大小、表面电势进行表征。  结果:  1.DLS及TEM结果表明制得的NPS粒径约200 nm,大致呈球形。离心分离法检测NPS-DOX的释药特性发现,药物在温度升高、pH降低时其DOX释放率有明显增加,表明NPS具有良好的温度响应性,且在酸性条件下更易释药的特性。CCK-8细胞毒性结果表明,NPS本身表现出低毒性,载药后表现出长效的杀伤细胞作用,并且可以有效响应NIR,其杀伤作用明显增强。激光共聚焦结果显示,纳米颗粒主要通过胞吞作用进入细胞,均匀分散在细胞质中,后进入溶酶体,释放药物,且NIR可提高其进细胞效率。结果还表明纳米颗粒可以在线粒体中富集,这与SWCNTs的线粒体靶向特性有关。免疫组化及免疫荧光结果显示,NPS可在肿瘤部位有效富集,且NIR可促进其靶向作用。  2.经胍基化得到的G-NPS较NPS粒径略有增大,表面电势增大明显。G-NPS与NPS的温度响应结果一致,说明胍基化并未对纳米颗粒的温度响应特性造成影响。胍基化后纳米颗粒毒性不变,但可以提高载药纳米颗粒的杀伤细胞作用,且不影响其NIR响应特性。激光共聚焦结果显示G-NPS较NPS其进细胞效率明显增加。  3.连接TAT得到的NPS-TAT较NPS粒径略有增大,表面电势增大明显,符合预期。  结论:  本文成功合成了多种基于SWCNTs的载药体系并研究了其释药特性、细胞毒性及进细胞情况,结果表明,所合成的纳米颗粒表现出低毒性,可有效响应温度及NIR的特性,搭载化疗药物后可以有效杀伤肿瘤细胞并具备肿瘤靶向性,经修饰后可提高其进细胞效率。
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