羟基石墨烯/聚乙二醇在脉络膜黑色素瘤治疗上的应用

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实验目的:  纳米生物医学的发展为传统医学所不能解决的重大慢性疾病如癌症的诊治提供了新的方法与手段。石墨烯因其独特的理化性能成为当前纳米生物医学研究的新热点。石墨烯在生物医学上的应用前景,很大程度上取决于其材料的制备与改性能否符合相关的应用,如分散性和生物相容性等。本研究结合所在课题组在前期研究中发明的由边缘功能化球磨法制备的羟基石墨烯(GOH)其优异的水溶性、分散性和生物相容性,构建新型抗肿瘤载药体系。我们在研究中发现,羟基石墨烯由于其纳米范畴的尺度与独特的空间构型,能够被肿瘤细胞吞噬与胞吐,同时对于肿瘤细胞具有一定的纳米富集效应,是比较理想的抗肿瘤药物载体。眼睛由于血眼屏障的存在而具有相对免疫豁免地位,使得GOH在生物医学上的应用有望率先在眼部取得突破。本研究主要致力于探讨GOH作为载药体系在眼部脉络膜黑色素瘤治疗方面的应用。  实验方法:  首先通过边缘功能化球磨法共混球磨KOH与石墨固体粉末制备得到羟基石墨烯;然后将石墨烯边缘羟基通过化学法氧化,与聚乙二醇(PEG)共价接枝合成GOH-PEG;采用物理静电吸附方法在GOH-PEG表面装载阿霉素(DOX),构建GOH-PEG-DOX靶向载药体系。通过红外光谱、拉曼光谱等表征手段确认GOH-PEG-DOX合成成功;用紫外分光光度计绘制DOX标准曲线并计算出体系中DOX的装载率;选择人眼部脉络膜黑色素瘤细胞(OCM-1)和正常细胞人眼部视网膜色素上皮细胞(ARPE-19)作为体外细胞评价对象,采用Transwell细胞共培养方法,使纳米载药体系同时作用于肿瘤细胞和正常细胞,从而检测GOH-PEG-DOX对于肿瘤细胞的靶向性以及杀伤力;最后通过透射电镜(TEM),确认材料与细胞之间相互作用的过程,进一步解释GOH-PEG-DOX体系为何对肿瘤细胞具有强大的杀伤力。  实验结果:  1.羟基石墨烯/聚乙二醇载药体系表征  从红外光谱、拉曼光谱等的表征结果看出,羟基石墨烯/聚乙二醇载药体系成功建立。  2.计算阿霉素装载率  根据绘制的DOX标准曲线计算得出未接载上的DOX质量,加入反应的DOX总量除去未接载的量,进一步计算得到GOH-PEG-DOX体系中DOX的载药率为57%,包封率为65%。  3.Transwell细胞共培养检测实验  1) CCK-8法检测细胞毒性  在Transwell细胞共培养体系中,纳米载药体系同时作用于肿瘤细胞和正常细胞后,在GOH-PEG-DOX作用下,OCM-1细胞在48h,72h小时的存活率不到10%。但是与其共同培养,共同置于GOH-PEG-DOX作用下的ARPE-19细胞的存活率均达到50%,表明了该载药体系良好的靶向性能与抗肿瘤性能。同时研究发现,在DOX作用下,48小时后OCM-1细胞的存活率达到40%,远高于GOH-PEG-DOX体系,表明由于纳米载药体系能够进入肿瘤细胞内部,从而能够有效彻底地杀死肿瘤细胞,具有远远优于传统抗癌药物的肿瘤杀伤力。  2)荧光染色  荧光图片显示结果和细胞毒性实验结果是一致的:GOH-PEG-DOX作用后的肿瘤细胞OCM-1的存活数量少于单纯的DOX组,而正常细胞ARPE-19的细胞存活量远多于单纯DOX组。  4.透射电镜  在ARPE-19细胞与GOH共同孵育24h后,GOH以胞吞的方式进入细胞体内;在48小时以后,GOH又以胞吐的方式离开细胞,整个过程中,细胞形态完整,GOH本身对细胞没有产生明显的损伤。  实验结论:  GOH-PEG-DOX载药体系的药物装载率达到了57%,显示了较高的载药率。在Transwell细胞共培养体系中,药物同时作用于OCM-1肿瘤细胞和正常RPE细胞。GOH-PEG-DOX载药体系表现了很好的肿瘤靶向性,主要针对OCM-1细胞进行杀伤,同时极大地减少了对正常RPE细胞的杀伤率。通过对ARPE-19细胞进行透射电镜检测,确认载体能够以胞吞胞吐的方式将药物携带进入细胞,从而使得抗肿瘤药物能直接作用于肿瘤细胞内部,有效杀死肿瘤细胞,表现出了比传统药物DOX更强更彻底的抗肿瘤性。本研究所构建的新型GOH-PEG-DOX载药体系药物装载率高,并能够极大地改进现有传统抗癌药物所存在的普遍缺陷(如靶向性和肿瘤杀伤力),为药物抗癌的发展提供了新的动力,具有很大的临床应用前景。
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