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碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)是近年来常见的一种药物载体,由于其独特的尺寸和结构,使得其在生物学方面具有很好的应用前景,其不仅能够被动穿过多种细胞膜,被肿瘤细胞摄取,而且还能吸收808nm的近红外光(Near Infrared,MR)选择性地引起肿瘤细胞死亡,同时不伤害正常细胞,从而达到化疗与热疗的协同作用。但是,由于碳纳米管本身存在分散性差、易聚集等缺点,限制了其在生物医学领域中的应用,因此,选择合适的材料提高其分散性具有重要的研究意义。 壳聚糖(Chitosan,CS)是一种天然的阳离子多糖,具有良好的水溶性、生物相容性及生物可降解性,可以通过非共价吸附的方式与碳纳米管结合,提高碳纳米管分散性。 细胞穿膜肽TAT多肽(TAT peptides,TATp),是目前研究较多的一种细胞穿膜肽,其主要是由碱性氨基酸精氨酸和赖氨酸组成,带大量正电荷,具有良好的水溶性,能够穿透细胞膜进入细胞质或细胞核中。 本论文采用TAT多肽通过共价交联的方法对低分子量的壳聚糖(MW=5000~8000,脱乙酰度>90%)进行修饰,形成TAT-CS(以下简称TC),并采用TC对羧基化的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)进行修饰,以期增强其分散性和细胞穿膜性。研究将化疗药物DOX通过非共价吸附的方式结合于碳纳米管上,然后采用TC对其进行修饰,制备MWCNT/DOX/TC载药系统,利用碳纳米管本身对近红外光具有选择性吸收的特性,将化疗与热疗联合起来,探讨其对肝癌的治疗效果。具体内容主要从以下几个方面展开: 1.MWCNT/DOX/TC复合物的制备及表征 将不同比例的DOX/MWCNT混合,TC通过非共价吸附的方式结合于MWCNT/DOX复合物表面,通过透析法计算不同投料比条件下的包封率和载药量;并探讨其在体外不同条件下的释放行为。 结果表明:投料比为DOX/MWCNT=3/1时,载药量达到最大;且其体外释放行为具有pH响应性。Zeta电位值的测量结果表明,DOX及TC的修饰均能增大MWCNT-COOH的电位值;采用透射电镜观察了MWCNT、MWCNT/DOX和MWCNT/DOX/TC的表面形态,结果显示,三者的表面形态基本一致;拉曼光谱分析结果显示,三者的I(D)/I(G)(1315/1599cm-1)比值也没有明显差异,上述结果提示,负载DOX或TC对MWCNT的结构没有产生明显影响。UV-可见光扫谱及FTIR分析结果均能证明DOX能有效地吸附于碳纳米管上。 2.MWCNT/DOX/TC作为药物递送载体及体内影像跟踪评价 采用激光共聚焦显微镜观察了载药系统在肝癌细胞BEL-7402内的分布,结果显示,MWCNT/DOX/TC可以被肝癌细胞有效摄入,并可在胞浆中将DOX释放出来并进入胞核从而发挥其生物学功能。 为了观察药物递送系统对细胞的毒性,将BEL-7402与DOX、MWCNT/DOX、MWCNT/TC或MWCNT/DOX/TC分别培养后观察细胞活力,结果显示:MWCNT/TC本身对肝癌细胞的活力只有轻微抑制;MWCNT/DOX/TC及MWCNT/DOX、DOX处理组对细胞活力的抑制作用有一定增强作用。通过皮下接种表达荧光素酶的肝癌细胞BEL-7402构建裸鼠肝癌动物模型,观察注射不同剂量的MWCNT/DOX/TC对肿瘤的抑制效果,体内影像实时跟踪药物释放。 结果显示,该药物递送载体可以有效地增强DOX在瘤内的驻留时间,起到缓释效果。 3.MWCNT/DOX/TC药物递送系统在化疗-热疗联合应用中的效果研究 为了观察NIR照射是否会刺激DOX从药物载体上的释放,我们研究了DOX在不同pH值以及有无NIR条件下的释放情况,结果显示,NIR的存在并未对DOX的释放有明显的影响;体外细胞实验中,CCK-8检测细胞毒性的结果显示,MWCNT/TC存在的情况下,NIR照射组的细胞活力明显低于无NIR照射的组别,说明药物载体MWCNT/TC存在的条件下NIR的照射能抑制细胞的生长; 为了观察化疗与热疗联合条件下对肿瘤生长的抑制效果,利用DOX固有的红色荧光,我们采用活体动物成像技术观察了DOX在肿瘤内的驻留情况。 结果显示:MWCNT/DOX/TC能够明显延长DOX在肿瘤组织中的驻留时间,NIR的照射对载药系统中DOX的释放没有明显影响。 利用在体生物发光成像技术,采用小动物活体成像仪实时跟踪观察了纳米载药系统的抗肿瘤效果,观察时间为25天。 结果显示,MWCNT/DOX/TC与NIR照射联用的抗肿瘤效果最为显著。 综上可知,MWCNT-COOH能有效地吸附化疗药物DOX,TAT-CS修饰后可以显著提高其分散性和细胞穿膜效应,降低碳纳米管的毒性。体外细胞实验证实此药物载体对细胞无明显的毒副作用,且此载体可以有效地控制DOX在细胞内的缓慢持续释放;体内实验证明此药物载体可以有效地延长药物在瘤内的驻留时间;同时也证明在NIR的照射下,其抑瘤效果能显著提高,这些研究证明MWCNT/DOX/TC药物递送系统对肿瘤联合治疗具有重要意义。