温度/氧化还原响应的纳米凝胶用于近红外光激发的光热-化疗协同的抗肿瘤研究

摘要

在肿瘤的治疗中，纳米载药系统的EPR效应（Enhanced permeability and retention，EPR）使其运输的药物能更多地在肿瘤部位蓄积，因此与游离药物相比具有更好的疗效，同时可避免造成系统毒性。纳米载药系统在体内要经历多重生理屏障才能实现有效的抗肿瘤效果，如血液中的的长循环、在肿瘤组织的蓄积和深部穿透、被肿瘤细胞有效摄取、溶酶体逃逸以及药物在胞内的定点释放。为了克服这些生理屏障，一些智能型纳米载药系统如pH敏感型纳米载药系统和氧化还原响应型纳米载药系统等被广泛研究。但这些智能型纳米载药系统不能同时克服所有生理屏障，因而无法有效抑制肿瘤的生长。热疗（Hyperthermia）作为一种治疗肿瘤的手段，不但可以通过热直接杀伤肿瘤细胞，增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，还可以扩张肿瘤组织的血管加快血流，并增加药物在血管中的渗透性。近年来，近红外光（near-infrared，NIR）介导的热疗通常作为一种协助手段和化疗同时应用于肿瘤的治疗。对于具有温敏性的纳米载药系统，热疗可使其尺寸收缩而增加药物在肿瘤组织的蓄积、穿透深度和被肿瘤细胞的摄取，从而克服体内的多重生理屏障。本文采用温度/氧化还原响应型纳米凝胶负载吲哚菁绿（Indocyanine green，ICG）和阿霉素（Doxorubicin，DOX）构建光热-化疗协同治疗体系，探讨载药纳米凝胶在血液中的长循环作用，探讨NIR对载药纳米凝胶在肿瘤组织的蓄积、深部穿透、被肿瘤细胞的摄取和药物在胞内的定点释放的影响，并研究光热-化疗协同治疗的抗肿瘤效果。
　　主要研究内容及结果如下：
　　1）合成以温敏N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）、pH敏感N-甲基烯丙基胺（MAA）和两性聚离子磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯（SBMA）为单体，以含有二硫键的N,N'-双(丙烯酰)胱胺（BAC）为交联剂，交联而成温度/氧化还原响应型纳米凝胶。通过有机溶剂挥发的方法负载DOX和ICG形成载药纳米凝胶（简写为I/D@NG），I/D@NG的粒径在110nm左右，在pH7.4条件下电位为-17.2mV，I/D@NG在电镜下呈较规整的球形。I/D@NG在pH7.4条件下的的临界相转变温度（The lower critical solution temperature，VPTT）为40.6℃，大于37℃而呈现亲水状态。研究了I/D@NG的体外光热效应以及光热效应对其粒径的影响。与游离ICG/DOX相比，I/D@NG在体外有更高的光热转换效率，且光热效应产生的热量能使I/D@NG的粒径急剧收缩。探讨了I/D@NG的体外释药行为，实验结果表明I/D@NG释放药物具有NIR和GSH双重响应性。
　　2）探讨了I/D@NG在SD大鼠体内的药代动力学行为，结果表明载药纳米凝胶具有血液长循环作用。进一步研究了在NIR的照射下I/D@NG在荷瘤小鼠的肿瘤部位的蓄积、穿透深度、被肿瘤细胞的摄取和在胞内的药物释放的行为。实验表明，NIR能增加I/D@NG在肿瘤部位的蓄积和穿透深度，增加肿瘤细胞的药物摄取量，同时ICG在NIR照射下产生的单线态氧促进I/D@NG的溶酶体逃逸，I/D@NG进一步在光热作用及胞内高浓度GSH条件下响应性释放药物。
　　3）研究了I/D@NG的光热-化疗协同治疗对HepG2细胞的毒性以及体内抗肿瘤作用，并对其安全性做了评价。实验证明I/D@NG的光热-化疗协同治疗能最大程度地杀伤肿瘤细胞从而有效抑制肿瘤的生长，治疗过程中并未产生系统毒性。
　　综上所述，我们以温度/氧化还原响应型的纳米凝胶作为载药系统，同时包载DOX和ICG进行肿瘤光热-化疗协同治疗。在血液系统中，载药纳米凝胶的亲水性使其具备长循环功效。在NIR照射下，ICG除了产生热直接杀伤肿瘤细胞和增加I/D@NG在肿瘤部位蓄积、深部穿透及被肿瘤细胞摄取外，还产生单线态氧使I/D@NG从溶酶体逃逸到胞质中，并在胞内高浓度的GSH及NIR产生的光热效应作用下有效释放药物。这些作用有助于I/D@NG克服体内系列生理屏障，最大程度地抑制肿瘤的生长，且没有产生明显的系统毒性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 引言

1.2 化疗

1.3 纳米载药系统在肿瘤化疗中的应用

1.4 热疗及热疗与化疗的联用体系在抗肿瘤中的应用

1.5 本文的研究意义及主要研究内容

2 负载DOX和ICG的纳米凝胶的制备及表征

2.1 引言

2.2 材料和仪器

2.3 实验方法

2.4 结果讨论

2.5 本章小结

3 负载DOX和ICG的纳米凝胶的体内过程研究

3.1 引言

3.2 材料和仪器

3.3 实验方法

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

4 负载DOX和ICG的纳米凝胶的联合抑瘤作用

4.1 引言

4.2 材料和仪器

4.3 实验方法

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 本文取得的主要结果

5.2 创新之处

5.3 研究展望

致谢

参考文献

附录I 攻读硕士学位期间发表的论文

附录II 文中缩略词