LIFU激发的载PFH/Fe3O4/GOD的PLGA相变型纳米粒子对视网膜母细胞瘤治疗的实验研究

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第一部分载PFH/Fe3O4/GOD的PLGA相变型纳米粒子的制备及表征检测目的以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)这一高分子聚合物为外壳,液态的全氟己烷(Perfluorohexane,PFH)作为内核,油酸修饰的四氧化三铁纳米粒子(Ferriferrous oxide,Fe3O4)分布于壳层中,葡萄糖氧化酶分布于内核中,制备一种相变型的PLGA纳米粒(PFH/Fe3O4/GOD/PLGA),检测其相关表征。方法采用传统的双乳化法制备载GOD、Fe3O4并包裹了PFH的PLGA相变型纳米粒(PFH/Fe3O4/GOD/PLGA),并分别制备出包裹PFH的PLGA纳米粒(PFH/PLGA)、载PFH、Fe3O4的PLGA纳米粒(PFH/Fe3O4/PLGA)、载PFH、GOD的PLGA纳米粒(PFH/GOD/PLGA)作为实验对照组。并对其粒径大小、电位大小、表面形态及内部结构等相关表征进行检测;用电感耦合等离子发射光谱(Inductively coupled plasma optical emission spectrometry,ICP-OES)测量PFH/Fe3O4/GOD/PLGA中Fe的浓度;用高效液相色谱法(High performance liquid chromategraphy,HPLC)测量PFH/Fe3O4/GOD/PLGA中GOD的浓度,并计算包封率。结果制备出的PFH/Fe3O4/GOD/PLGA溶于去离子水后外观上呈棕黄色乳液,马尔文(Malvern)粒径仪检测其平均粒径大小为255.6nm,聚合物分散性指数(Polymer dispersity index,PDI)为0.035,Zeta电位大小为-27.3mV。紫外吸收光谱检测纳米粒吸光特性。普通光学显微镜下观察PFH/Fe3O4/GOD/PLGA呈点状,扫描电镜下观察PFH/Fe3O4/GOD/PLGA呈立体球形,形态规则,大小均匀,分散度好,表面光滑。透射电镜观察PFH/Fe3O4/GOD/PLGA呈壳核结构,外面为PLGA高分子壳层,PFH呈内核结构,壳核周围均匀分布的黑点是Fe3O4纳米粒子。ICP-OES测得PFH/Fe3O4/GOD/PLGA中Fe的包封率为43.07±1.47%,HPLC测得PFH/Fe3O4/GOD/PLGA中GOD的包封率为33.99±4.19%。结论成功制备出了PFH/Fe3O4/GOD/PLGA相变型纳米粒子,其大小均匀、形态规则、呈立体球形结构、性质稳定,具有较好的载铁率及载药率,可用于后续的相关研究。第二部分载PFH/Fe3O4/GOD的PLGA相变型纳米粒子的相变特性及药物释放实验研究目的利用低强度聚焦超声激发PFH/Fe3O4/GOD/PLGA纳米粒子,光镜、超声成像及对比增强超声显影观察其体外相变特性,并检测在LIFU激发下葡萄糖氧化酶GOD的体外释药行为等,为后续治疗视网膜母细胞瘤的LIFU参数提供依据。方法制备琼脂凝胶模型与不同浓度的PFH/Fe3O4/GOD/PLGA纳米粒子,用低强度聚焦超声不同的功率(1W、2W、3W)及不同的时间(1min、2min、3min)分别激发PFH/Fe3O4/GOD/PLGA纳米粒子,用小动物光声成像仪在超声模式及对比增强超声显影模式下观察其相变特性;光镜下分别观察纳米粒子相变前、中、后三个阶段的情况。并检测葡萄糖氧化酶GOD的释放量。结果PFH/Fe3O4/GOD/PLGA纳米粒子在低强度聚焦超声下可发生相变。相变后的纳米粒子粒径不断增大。超声成像(B-Mode)及对比超声显影(CEUS)显示相变后回声强度较相变前明显增强,P值分别为0.0108和0.0034,差异具有统计学意义,提示纳米粒子在相变后具有增强超声显影的功能。且在功率为3W的低强度聚焦超声激发下,药物GOD在240s和270s时累积释放量分别达到79.7967±1.5080%和81.79±1.4305%,基本曲线接近平稳,释放量基本达到饱和,而在1W激发下,药物GOD在240s和270s时累积释放量仅分别为16.2667±1.2453%和17.2567±1.3333%;在2W激发下,药物GOD在240s和270s时累积释放量分别为41.2667±1.2684%和45.26±1.6810%。3W下的药物GOD累积释放量均明显高于1W和2W时的累积释放量。结论制备出的PFH/Fe3O4/GOD/PLGA纳米粒子具有相变特性,该纳米粒子在低强度聚焦超声适当功率下激发可发生相变,相变后的纳米粒子在超声成像(B-Mode)及对比增强超声显影(CEUS)模式下回声强度明显增加,具有一定的显像效果。此外,相变后的纳米粒子会使其中的药物GOD具有较高的累积药物释放量,可用于后面的肿瘤体内外治疗研究。目的观察PFH/Fe3O4/GOD/PLGA相变型纳米粒子在LIFU激发下对视网膜母细胞瘤体内外治疗效果,并探讨其治疗机制,为治疗视网膜母细胞瘤提供一种新的研究思路和方法。方法体外治疗实验:首先制备不同纳米粒子,然后体外培养人视网膜母细胞瘤Y79细胞,观察Y79细胞在EPR效应下对纳米粒子的吞噬作用,并与正常脐静脉内皮细胞(HUVEC细胞)比较;进行纳米粒子在LIFU与无LIFU激发下的细胞毒性实验研究,共设立以下不同组:PBS组(Control组)、PFH/PLGA组(PP组)、PFH/Fe3O4/PLGA组(PPF组)、PFH/GOD/PLGA组(PPG组)、PFH/Fe3O4/GOD/PLGA组(PPFG组,PH=7.2)、PFH/Fe3O4/GOD/PLGA组(PPFG组,PH=6.0)。体外治疗实验包括:CCK-8细胞毒性实验、活/死细胞荧光染色实验、细胞凋 亡检测、细胞周期检测、活性氧检测等。体内治疗实验:首先将35只裸鼠用Y79细胞进行皮下移植瘤。随机分成以下7组:PBS组、PBS+LIFU组、PFH/PLGA+LIFU组(PP+LIFU组)、PFH/Fe3O4/PLGA+LIFU组(PPF+LIFU组)、PFH/GOD/PLGA+LIFU组(PPG+LIFU组)、PFH/Fe3O4/GOD/PLGA组(PPFG组)、PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组),分别按上述分组处理后观察肿瘤生长情况。记录各组裸鼠的重量及肿瘤大小,观察3周后将裸鼠处死,对其各重要组织(心、肝、脾、肺、肾、脑)做HE检测,并对肿瘤组织部位进行TUNEL和PCNA检测肿瘤细胞的增殖和凋亡等。结果体外治疗实验显示了肿瘤细胞由于EPR效应,细胞吞噬较正常细胞明显多;CCK-8结果显示LIFU激发后的PFH/Fe3O4/GOD/PLGA组(PPFG组,PH=6.0)细胞存活率明显低于其它各组;加入不同浓度的L-抗坏血酸后,PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组,PH=7.2)、PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组,PH=6.0)中细胞存活率均随着L-抗坏血酸浓度的增加而增加;激光共聚焦显微镜下可以直接观察到PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组,PH=6.0)Y79细胞基本全部死亡,其余各组仍存在或多或少的活细胞;流式细胞仪检测显示PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组,PH=6.0)中90.96%的细胞凋亡,明显高于其他各组;活性氧检测结果显示PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组,PH=6.0)胞质中产生了大量的活性氧。体内治疗实验显示了PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组较其它组肿瘤体积明显减小,甚至肿瘤体积基本消失,HE等结果显示治疗后心、肝、脾、肺、肾、脑等重要脏器均无损害,肿瘤或肿瘤周围组织的TUNEL及免疫组化PCNA显示PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组)肿瘤细胞明显凋亡、PFH/Fe3O4/GOD/PLGA+LIFU组(PPFG+LIFU组)肿瘤细胞核增殖减少。结论PFH/Fe3O4/GOD/PLGA相变型纳米粒子由于肿瘤细胞的增强渗透和滞留效应(Enhanced permeability and retention effect,EPR效应),能在肿瘤中大量聚集。利用低强度聚焦超声激发后纳米粒子能发生相变,相变后的纳米粒子释放出了药物葡萄糖氧化酶GOD,GOD与肿瘤细胞或组织中的葡萄糖反应,并与Fe3O4发生酶联催化反应,产生活性氧后杀灭肿瘤细胞,从而在体内治疗中达到治疗效果,破坏肿瘤组织。相较于化疗、放疗、光热及免疫治疗等手段,该纳米粒子借助低强度聚焦超声,利用相变及酶促催化反应释放药物并产生活性氧,生物相容性高且无明显毒副作用,为治疗视网膜母细胞瘤提供了一种新的思路,具有良好的发展前景。
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