PVP修饰的多功能Bi2WO6纳米片用于增强癌症放射治疗研究

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目的:癌症是导致人类死亡的主要原因之一。癌症的临床治疗方法通常是手术、化疗、放疗、药物治疗、高强度聚焦超声治疗等。放疗作为一种传统有效的癌症治疗方法,在临床上应用较为广泛。在放疗过程中电离辐射与肿瘤细胞内的物质进行反应,电离辐射可直接或间接与组织内的生物分子(如蛋白质、脂类等)进行反应,从而导致细胞损伤或发生凋亡。但是,在临床治疗过程中电离辐射对正常组织的间接损伤、肿瘤细胞内部的乏氧环境、肿瘤细胞的辐射抗性等在一定程度上限制了放疗在临床上的进一步发展。随着纳米材料的深入研究,多功能无机高原子纳米材料有望作为放疗增敏剂增强肿瘤放疗效果。钨和铋中含有高原子系数元素,具有较强的X射线能量衰减能力。本研究中我们通过合成Bi2WO6纳米片,进而研究其对癌症的放疗增敏效应及CT成像能力。方法:通过水热法合成了Bi2WO6纳米片,并在其表面修饰聚乙烯吡咯烷酮(PVP)使其更稳定。通过透射电子显微镜(TEM)观测Bi2WO6的形貌、尺寸及分布是否均匀,通过X射线衍射仪(XRD)验证合成的纳米材料晶体结构。通过CCK-8法检测PVP-Bi2WO6纳米片对CAL27细胞的细胞毒性,采用流式细胞术分析不同照射剂量下的细胞凋亡率,通过克隆形成实验检测经X射线照射后PVP-Bi2WO6纳米片对肿瘤细胞的增殖能力的影响,通过ROS实验检测与PVP-Bi2WO6纳米片共培养的细胞在X射线照射下对细胞内ROS水平的影响,通过进行γ-H2AX免疫荧光实验检测细胞与PVP-Bi2WO6纳米片共培养后经X射线照射后能够提高细胞内DNA双链断裂水平,促进细胞凋亡。在动物实验中,选用BALB/c Nude小鼠构建鳞癌模型,通过尾静脉注射PVP-Bi2WO6纳米片24小时后,进行CT成像,评估PVP-Bi2WO6的CT成像能力。将荷瘤小鼠进行X射线照射,治疗期间内持续监测肿瘤体积以及小鼠体重。治疗结束后,对肿瘤进行拍照及称重,对比治疗效果。通过血液学检测和主要器官的组织病理学检测评估PVP-Bi2WO6的生物安全性。结果:TEM显示,PVP-Bi2WO6纳米片尺寸分布较均一,没有聚集。XRD谱图中,衍射峰位置与钨酸铋的标准PDF卡片高度对应,证明纳米材料确实为PVP-Bi2WO6纳米片。CCK-8实验证明了PVP-Bi2WO6细胞毒性较低;流式细胞分析实验证明了细胞与PVP-Bi2WO6纳米片共培养后进行X射线照射可以提高其细胞凋亡率;克隆形成实验分析表明,PVP-Bi2WO6纳米片在X射线照射下能有效降低细胞的增殖能力,减少细胞集落形成;ROS实验结果表明了与PVP-Bi2WO6共同孵育后的癌细胞在经过X射线照射后能够提高细胞内ROS水平。通过γ-H2AX实验表明了PVP-Bi2WO6可以有效增强X射线照射下细胞DNA双链断裂的能力。BALB/c Nude小鼠构建鳞癌模型结果表明PVP-Bi2WO6纳米片能够增强癌症放射治疗效果。此外,PVP-Bi2WO6纳米片还具有较强的CT成像能力,显像效果明显。结论:1.PVP-Bi2WO6纳米片具有较大的表面积,对X射线有较强的吸收能力,通过与细胞共培养进行X射线照射后能够提高细胞内ROS的水平,促进细胞凋亡,减少细胞增殖;2.PVP-Bi2WO6纳米片有望作为放疗增敏剂及CT造影剂,提高放射治疗效果。
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