W18O49纳米球的生物光热治疗应用研究

摘要

癌症是世界人口死亡的主要原因之一，对公众健康造成了巨大挑战。传统癌症治疗方法都有不可避免的缺点和局限性，因此发展新型癌症治疗方法极其必要。光热治疗是近年来出现的一种新型肿瘤治疗方法，在外部近红外光的照射下，肿瘤部位的光热剂吸收近红外光并将其转化为热，使肿瘤部位温度迅速升高到48 oC以上，几分钟内可杀死癌细胞。光热治疗过程产生的副作用较小，全身系统毒性低，不会对正常组织造成损伤，具有很大的临床应用潜力。贵金属纳米颗粒、碳纳米材料、有机纳米材料和半导体纳米材料等多种纳米光热剂被开发并应用于光热治疗，取得了较好的肿瘤治疗效果。然而，吸收覆盖生物第二窗口（1000-1350 nm）的新型光热剂的开发及其在肿瘤光热治疗中的应用探究仍然是一个巨大的难题。
　　本论文通过溶剂热反应合成了粒径约为300 nm的海胆状氧化钨纳米球，表征结果显示其为 W18O49晶相，其在整个近红外区均具有较强的光吸收。在NIR-1064 nm激光（2.0 W/cm2）照射10 min后，W18O49分散液（0.5 mg/mL）的温度升高了28.3 oC，并产生了大量活性氧物质。MTT实验显示W18O49纳米球的细胞毒性非常低，当其浓度达到0.5 mg/mL时，HeLa细胞的相对活力依然保持在85%以上。W18O49纳米球与HeLa细胞共培养后，NIR-1064 nm激光（2.0 W/cm2）的照射可以导致 HeLa细胞的大量死亡或凋亡，随着照射时间的延长，死亡细胞面积逐渐增大。HeLa细胞的凋亡是 W18O49产生的热和活性氧物质激活线粒体凋亡途径导致的。小鼠光热治疗表明W18O49纳米球介导的光热治疗具有优异的肿瘤抑制作用，但其对小鼠的生长没有影响，小鼠的主要器官（心、肝、脾、肺、肾）结构正常。进一步探究显示，在长时间的循环过程中，W18O49纳米球不会对小鼠的血液产生明显的毒性，其在机体中的代谢主要由肝和脾完成。光声成像证明 W18O49纳米球是一种优异的光声成像剂。瘤内注射 W18O49纳米球后，通过光声成像可以有效区分肿瘤部位和小鼠的其他组织。尾静脉注射W18O49分散液12 h后，由于被动靶向作用其会在肿瘤部位大量富集。
　　综上，本论文开发了海胆状W18O49纳米球，并成功将其应用于肿瘤的光热治疗和光声成像，丰富了可用于肿瘤光热治疗的纳米材料，拓宽了光热治疗入射光的波长选择范围，为肿瘤诊疗提供了新的思路。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 光热治疗研究进展

1.3 光热诊疗一体化研究进展

1.4 纳米结构W18O49研究进展

1.5 本论文的研究内容和技术路线

第2章 实验材料与实验方法

2.1 材料与仪器

2.2 实验方法

第3章 W18O49纳米球的表征和细胞光热治疗

3.1 引言

3.2 W18O49纳米球的表征

3.3 W18O49纳米球的光热与光动力效果

3.4 细胞光热治疗及潜在机制探究

3.5 本章小结

第4章 小鼠光热治疗和光声成像

4.1 引言

4.2 小鼠肿瘤光热治疗

4.3 W18O49纳米球的体内毒性和代谢

4.4 光声成像

4.5 本章小结

结论

不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢