磁光操控的微纳机器人应用于实体瘤光热治疗的研究

来源 :广东医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxunzhi520
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【目的】
  1.制备包裹吲哚菁绿(Indocyanine green,ICG)的磷脂聚合物纳米光敏剂(INPs),并通过迈克尔加成反应共价偶联方式将趋磁细菌AMB-1与纳米光敏剂INPs偶联形成AMB-1-INPs微纳机器人,对其进行理化表征。
  2.通过AMB-1-INPs微纳机器人溶液进行体外趋化性与运动性实验,探讨AMB-1-INPs微纳机器人的磁靶向和厌氧靶向的性质,并考察在外磁场的操控下的控制迁移。
  3.通过AMB-1-INPs微纳机器人进行荷瘤裸鼠的体内实验,考察其体内肿瘤靶向效果及体内生物分布情况,并评价抗肿瘤效果与生物安全性。
  【方法】
  1.一步超声法合成包载ICG的磷脂聚合物纳米光敏剂(INPs),通过巯基与马来酰亚胺基团共价偶联在趋磁细菌(AMB-1)表面,构建一个新型的微纳机器人系统(AMB-1-INPs)用于肿瘤精准操控治疗。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、动态光散射(DLS)、紫外-可见/荧光仪、综合物性测量系统(PPMS)、共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)等对AMB-1-INPs微纳机器人的形貌、粒径、磁性和光学性质进行表征;并通过活死细菌染色实验评价纳米光敏剂的偶联对细菌的活性影响。
  2.通过体外实验对AMB-1-INPs微纳机器人的成像能力进行检测;通过体外Transwell溶液实验考察AMB-1-INPs微纳机器人的趋化性质;通过磁操控实验考察AMB-1-INPs微纳机器人在磁场下的运动情况。
  3.以荷MCF-7乳腺癌的Balb/c裸鼠为研究对象,通过小动物荧光成像系统和核磁共振系统(MRI)考察AMB-1-INPs微纳机器人在体内的生物分布;通过肿瘤区域磁驱动实验进一步验证AMB-1-INPs微纳机器人良好的磁操控性和肿瘤穿透性;通过小鼠形态、体重和肿瘤体积评价AMB-1-INPs微纳机器人的抗肿瘤的效果;通过器官组织形态学和血液生化指标评估AMB-1-INPs微纳机器人的体内生物安全性。
  【结果】
  1.AMB-1-INPs微纳机器人的合成和表征:TEM图像表明趋磁细菌AMB-1内含有磁小体链,SEM图像显示INPs颗粒均匀的偶联在趋磁细菌AMB-1的表面。DLS测量结果表明AMB-1-INPs微纳机器人的水动力尺寸略大于趋磁细菌AMB-1,这主要是由于INPs“负载”在趋磁细菌AMB-1表面。紫外-可见/荧光光谱显示AMB-1-INPs微纳机器人保留了INPs的光学特性。PPMS测得AMB-1-INPs微纳机器人的磁滞曲线与AMB-1变化不大,证明AMB-1-INPs微纳机器人没有明显改变趋磁细菌AMB-1的磁性。CLSM结果显示,INPs稳定偶联在趋磁细菌AMB-1的表面,并且可以进行实时荧光跟踪。活死细菌染色实验证明了INPs与趋磁细菌AMB-1的偶联不影响趋磁细菌AMB-1的活性。
  2.体外趋化性与运动性分析:AMB-1-INPs微纳机器人具有磁靶向和厌氧靶向能力,流式定量结果显示AMB-1-INPs微纳机器人能够在磁性/厌氧诱导下进行迁移。磁操控结果表明不但单个AMB-1-INPs微纳机器人可以按照磁场指示进行精准操控定位,而且可以进行群控,表现出较强的磁响应性。
  3.体内实验结果评价:经尾静脉注射药物后,AMB-1-INPs微纳机器人通过磁靶向和厌氧靶向作用将INPs颗粒有效的富集到缺氧的肿瘤核心区域。最后,通过纳米光敏剂INPs的光热作用使肿瘤细胞温度过热(>50℃)而死亡,进而引起肿瘤组织的消融。
  【结论】
  1.成功构建了一个智能响应的微纳机器人体系AMB-1-INPs微纳机器人。AMB-1-INPs微纳机器人既保留了趋磁细菌AMB-1的磁操控和厌氧靶向的能力,同时也保留了INPs的光热转化性能。
  2.AMB-1-INPs微纳机器人能将生物相容性的纳米光敏剂INPs通过磁操控靶向递送至肿瘤周围,并且通过厌氧靶向能力进一步在肿瘤组织富集、渗透。最后利用INPs介导的光热治疗杀死肿瘤细胞、消融肿瘤组织。
  3.AMB-1-INPs微纳机器人在磁靶向和厌氧靶向的协同作用下实现纳米光敏剂INPs在肿瘤组织的高效富集,有效消融肿瘤的同时也证明对其他主要器官无明显毒副作用。
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