功能化氧化钛纳米棒阵列表面药物涂层的构建及其抗骨肉瘤性能研究

摘要

骨肉瘤是由恶性患癌骨组织衍生而来的一种主要的固体肿瘤，在儿童和青少年时期具有高的发病率和死亡率。目前临床上治疗骨肉瘤主要以手术联合系统化疗为主，所有的患者进行术前化疗以控制肿瘤的原发病灶，然后通过手术切除肿瘤，并在骨缺损部位植入骨替代物以恢复患者肢体功能。但由于癌细胞潜伏，手术后，患者仍有很大几率的肿瘤复发和转移，通常需要二次手术从而延缓康复。此外，目前临床上使用的化疗药物，由于靶向性低通常对正常的组织细胞有一定的副作用和长期耐药性，极大地降低了患者的生存质量。因此，为了提高肿瘤的治疗效果解决肿瘤再复发等问题，探索新型抗肿瘤药物和功能化的生物材料具有重要的研究意义。本文旨在以钛材为基底，通过纳米拓扑结构设计和表面生物化学修饰对其进行表面改性，得到具有抗癌性能和良好相容性的骨替代材料。具体内容如下:
　　(1)本研究首先通过酯化反应合成壳聚糖-18β-甘草次酸缀合物，然后以钛片为基底，通过种子层援助的水热方法得到TiO2纳米棒阵列，以聚多巴胺为援助层，将壳聚糖-18β-甘草次酸缀合物共价接枝到TiO2纳米棒表面。生物学实验结果表明壳聚糖-18β-甘草次酸缀合物修饰的TiO2纳米棒表面对骨肉瘤细胞(MG63)表现出显著的抗增殖和凋亡诱导能力，并在体内有效地阻止了骨肉瘤生长。此外，由于纳米阵列结构刺激和壳聚糖添加，该复合材料可以有效地促进成骨细胞(MC3T3-E1)黏附和增殖。该研究首次证明了18β-甘草次酸对骨肉瘤存在潜在的抗癌活性，这一发现为18β-甘草次酸作为一种新型抗骨肉瘤药物提供了依据，并突出了中国传统草药在癌症治疗中的潜在应用。
　　(2)本研究以钛片为基底，通过水热的方法在其表面生长一层TiO2纳米棒阵列，然后通过多巴胺的自聚合作用，在其表面包覆聚多巴胺涂层。为了构建一个有效的药物分子负载和控制释放载体，在其表面进一步共价接枝环糊精聚合物，并借助环糊精的包结络合作用负载姜黄素，从而制备得到一系列含有不同姜黄素浓度的功能化TiO2纳米棒复合材料。实验结果表明，姜黄素修饰的表面呈浓度依赖性的方式抑制骨肉瘤细胞(MG63)黏附和增殖，降低细胞活性，并诱导细胞凋亡。此外，该姜黄素修饰的材料对成骨细胞(MC3T3-E1)的黏附和铺展没有不利影响，而对细胞的增殖表现出抑制作用，但在相同姜黄素浓度下，其对骨肉瘤细胞的增殖抑制作用显著高于对健康成骨细胞。综合考虑其抗肿瘤效果和生物相容性，TiO2/pDA/pCD/CUR0.8材料是一个最佳候选者，既能抑制肿瘤生长，同时又不会影响成骨细胞活性。
　　综上所述，我们制备得到的这两种同时具有抗癌性能和良好生物相容性的钛基植入体，不仅能够有效地抑制肿瘤复发，同时能够促进周围健康组织生长，是一种潜在的候选者用于骨移植去治疗骨癌和再生骨缺陷。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 骨肉瘤及其治疗现状

1．2 钛金属表面改性研究现状

1．2．1 钛植入体材料简介

1．2．2 钛材表面纳米结构化

1．2．3 钛材表面生化修饰

1．3 聚多巴胺涂层的仿生修饰

1．3．1 聚多巴胺简介

1．3．2 聚多巴胺在生物材料表面改性中的应用

1．4 18β-甘草次酸和姜黄素的研究现状

1．4．1 18β-甘草次酸概述

1．4．2 姜黄素概述

1．5 本文的研究思路及主要内容

第二章 功能化TiO2纳米棒阵列表面壳聚糖-18β-甘草次酸缀合物涂层的构建及其抗骨肉瘤和成骨性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 TiO2纳米棒的制备

2．2．4 壳聚糖-18β-甘草次酸缀合物修饰的TiO2纳米棒复合材料的制备

2．2．5 材料表征

2．2．8 MG63和MC3T3-E1细胞活性表征(MTT)

2．2．10 MG63细胞凋亡检测和细胞核染色分析

2．2．11 MG63细胞周期分析

2．2．12 动物体内的抗肿瘤实验

2．2．13 免疫组织化学分析

2．2．14 统计学分析

2．3 结果

2．3．1 壳聚糖-18β-甘草次酸缀合物的合成机制和表征

2．3．2 功能化TiO2纳米棒复合材料的制备和表征

2．3．3 MG63细胞黏附和形态表征

2．3．4 MG63细胞活性、周期和材料毒性检测

2．3．5 MG63细胞凋亡和细胞核染色分析

2．3．6 体内抗肿瘤和免疫组织化学分析

2．3．7 MC3T3-E1细胞黏附和形态表征

2．3．8 MC3T3-E1细胞活性和材料毒性检测

2．4 讨论

2．5 本章小结

第三章 功能化TiO2纳米棒表面环糊精聚合物包络姜黄素复合材料的制备及其抗骨肉瘤和生物相容性研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 TiO2纳米棒的制备

3．2．5 功能化TiO2纳米棒表面环糊精聚合物包络姜黄素的制备

3．2．6 材料表征

3．2．10 MG63和MC3T3-E1细胞乳酸脱氢酶活性表征(LDH)

3．2．11 MG63细胞凋亡检测

3．3 结果

3．3．2 材料表征

3．3．3 MG63细胞黏附和形态表征

3．3．4 MG63细胞活性和材料毒性检测

3．3．5 MG63细胞凋亡分析

3．3．6 MC3T3-E1细胞黏附和形态表征

3．3．7 MC3T3-E1细胞活性和毒性检测

3．4 讨论

3．5 本章小结

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢