可注射液态金属纳米片水凝胶在肿瘤术后治疗中的应用

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目的:作为纳米医学飞速进展背景下的新兴材料,目前液态金属(LM)纳米液滴主要作为制剂/佐剂用于肿瘤的光疗。然而,在合理设计和构建LM基纳米平台用于化疗的实践中,诸如药物装载效率低、水相稳定性差、表面配体可修饰性弱和形貌控制难等局限性仍亟待解决。本课题拟开发一种由配体介导合成的液态金属纳米片(LMNF)并研究其形貌形成机制,载药能力及其在肿瘤术后模型中的治疗潜力。方法:利用超支化聚酰胺胺(HPAA)作为配体,并通过超声波降解法制备LMNF;透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)表征LMNF的形貌;动态光散射仪(DLS)检测LMNF尺寸、Zeta电势和在水中的体外稳定性;能量色散X射线谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)检测LMNF内部及表面元素组成;X射线衍射技术(XRD)检测LMNF中各结晶相的比例;荧光光谱分析法检测LMNF装载阿霉素(DOX)的载药率和包封率;Annexin V-FITC细胞凋亡检测试剂盒检测肿瘤细胞凋亡状况;培养小鼠乳腺癌4T1细胞、人宫颈癌He La细胞和人类乳腺癌Bcap-37细胞进行体外细胞摄取试验和毒性实验。溶血试验检测LMNF在血液中的生物相容性并为后续的体内实验提供依据。构建肿瘤切除模型,进行体内抑瘤实验。结果:配体介导的由超声波降解法制备的液态金属纳米液滴表现出优异的水相稳定性和独特的纳米片状形貌;DLS检测得到LMNF平均尺寸为132.4 nm、Zeta电位为39.2±2.2 m V,体外稳定性良好;化疗药物可以通过席夫碱反应共价结合到液态金属纳米片表面,相较于液态金属纳米球(LMNS,EE 50.4%,LE 23.5%)或纳米棒(LMNR,EE 61.8%,LE 31.4%),LMNF包封率和载药率达到69.9%和63.5%,展现出更高的DOX负载能力;DOX在48 h后释放达到平衡,在p H 5.0条件下释放率高达75%,与p H 7.4时相比,负载阿霉素的液态金属纳米片(LMNF-DOX)释放度增加了近4倍;体外细胞实验中,随着孵育时间的延长,LMNF-DOX在He La细胞核内的摄取逐渐增多,2.0 h后细胞核内的平均荧光强度(MFI)约为0.5 h的1.35倍;在4T1细胞中,LMNF-DOX组比游离DOX组具有更显著的细胞杀伤能力,而LMNF-DOX组对Bcap-37细胞和He La细胞的抑制率分别为76%和70%,与游离DOX组相比,也表现出等效的抗癌活性;在诱导肿瘤细胞凋亡能力方面,LMNF-DOX组和游离DOX组均能有效诱导He La细胞凋亡,且LMNF-DOX组的总凋亡率(83.6%),明显高于游离DOX组(59.3%),活/死细胞分析实验也进一步证明了该结论;进一步将LMNF-DOX包埋入F127水凝胶中(LMNF-DOX@Gel),进行体内动物实验发现:该配方可有效减少药物突释,实现长效的抗肿瘤作用并最小化全身毒性。结论:本课题成功开发了一种液态金属基的局部药物递送系统(DDS)用于肿瘤术后治疗。该系统不仅为液态金属纳米液滴提供了良好的水相稳定性,而且其结构中丰富的伯胺基可通过席夫碱反应结合含羰基的药物分子,从而增强对DOX负载能力,并且还产生了独特的片状纳米形貌。进一步将其包埋入水凝胶以实现长效治疗和降低毒副作用的目的,有效抑制了肿瘤术后复发。这项研究不但拓宽了配体介导的液态金属纳米液滴的形貌可控范式,并为肿瘤术后治疗提供了一种新策略。
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