近红外染料功能化磁纳米探针在肿瘤诊疗中的应用研究

摘要

肿瘤严重威胁人民的健康和生命，而肿瘤的早期诊断与精确诊断是提高其治愈率及改善患者生存质量的关键所在。因此发展高、精、尖的诊断技术是现代医学的主要目标。而影像学尤其是分子影像学的飞速发展在疾病的早期诊断，活性药物筛选，甚至实时评价治疗效果等方面都发挥着越来越重要的作用。而纳米探针作为分子影像造影剂由于其组织穿透性、高分辨率、生物相容性、功能多样化等优点，近年来得到了大力发展。本文构建了2种新的分子影像造影剂并将其用于多模态成像和光学治疗。
　　本研究主要内容包括：⑴首先筛选到具有肿瘤靶向的花菁类染料Cy5，然后将这种具有靶向的Cy5分子通过化学修饰偶联到四氧化三铁纳米颗粒表面形成新型的Cy5功能化氧化铁纳米探针（Cy5-Fe3O4），并应用于双模态活体荧光成像和磁共振成像。体外细胞实验研究结果表明Cy5分子能通过细胞膜上阴离子转运蛋白OATPs跨膜运输进入细胞内并定位到线粒体上，由于肿瘤细胞阴离子转运蛋白OATPs过表达，所以Cy5分子具有很好的肿瘤细胞靶向性。双模态活体成像实验表明，Cy5功能化的四氧化三铁纳米探针有很好地靶向肿瘤效果，能对动物进行活体荧光成像和磁共振成像。本研究为新型分子影像纳米探针的设计以及肿瘤的靶向成像提供了新思路。⑵构建了一种近红外七甲川花菁小分子衍生物IR808功能化的MnO磁性纳米探针并将其用于肿瘤靶向多模态成像。该纳米探针是通过共价交联的方式将IR808染料组装到两亲性聚合物包裹的磁性MnO纳米颗粒表面而形成。细胞实验结果表明该探针通过IR808的介导靶向肿瘤细胞并且进入细胞线粒体。动物成像实验结果表明，IR808-MnO纳米探针作为一种高效的、稳定的靶向多模态成像纳米探针能够对动物肿瘤进行特异的荧光/磁共振/光声三模成像。而且该探针相比于游离的IR808有更好的靶向效果，且解决了游离的IR808小分子易代谢、不稳定的缺点。本研究为临床应用提供一种潜在的有吸引力的肿瘤诊断手段。⑶利用构建的IR808-MnO纳米探针其本身所具有的对肿瘤微环境H+/H2O2产生特异性响应并催化产氧的特征将其应用于肿瘤的靶向光热/光动力治疗。体外实验结果表明，IR808-MnO纳米光敏剂材料在激光的照射下能产生ROS，并且能产生更高的局部温度。在体外模拟肿瘤微环境进行细胞治疗的研究结果表明，IR808-MnO纳米光敏剂表现出良好的PTT/PDT的体外细胞治疗效果。活体动物实验表明，IR808-MnO纳米光敏剂在动物活体内有非常好的肿瘤光学治疗效果。本研究表明IR808-MnO纳米光敏剂能高效的特异性靶向肿瘤，缓解肿瘤微酸环境，改善肿瘤缺氧环境，通过产生ROS杀死肿瘤细胞，并且同时具有光热和光动力治疗效果。这种IR808-MnO纳米光敏剂解决传统光敏剂缺乏靶向、光毒性、治疗效果不足的问题。本研究在第二个研究工作的基础上不仅实现了癌症的高效、高选择性光热/光动力治疗，而且实现了疗效的监测。

目录

摘要

1．1 引言

1．2 磁性纳米颗粒的合成

1．3 单分散磁纳米颗粒的形成机制

1．4 磁性纳米颗粒的表面修饰

1．4．1 配体交换

1．4．2 配体包裹

1．4．3 亲水二氧化硅包裹

1．5 水相磁性纳米颗粒的功能化修饰方法

1．5．1 静电吸附与疏水间相互作用

1．5．2 点击化学

1．5．3 EDC／NHS耦联

1．6 磁性纳米颗粒生物医学应用

1．6．1 药物输送

1．6．2 基因载体

1．6．3 核磁共振成像

1．6．4 多模态成像

1．6．5 诊疗一体化

第二章 线粒体靶向花菁染料功能化纳米氧化铁用于活体靶向双模态成像研究

2．1 研究背景

2．2 实验材料和仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验设备仪器

2．3 实验方法

2．3．1 细胞培养

2．3．2 肿瘤靶向特异性花菁染料结构筛选

2．3．3 Cy5-Fe3O4纳米颗粒的制备合成与表征

2．3．4 体外细胞对Cy5-Fe3O4纳米探针的靶向效果评价

2．3．5 体内Cy5-Fe3O4纳米探针靶向效果评价

2．3．6 纳米探针生物安全性评价

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 肿瘤靶向特异性花菁染料结构筛选

2．4．2 Cy5-Fe3O4纳米探针的制备与表征

2．4．3 体外细胞对Cy5-Fe3O4纳米探针的靶向效果评价

2．4．4 体内Cy5-Fe3O4纳米探针靶向效果评价

2．4．5 纳米探针生物安全性评价

2．5 本章小结

第三章 近红外染料功能化氧化锰纳米探针用于体内肿瘤靶向多模态成像研究

3．1 研究背景

3．2 实验材料和仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 有机相纳米氧化锰和两亲性配体聚合物的合成与表征

3．3．2 IR808-MnO纳米颗粒的制备与表征

3．3．3 体外细胞对IR808-MnO纳米探针肿瘤靶向效果评价

3．3．4 IR808-MnO纳米探针的体内靶向效果评价

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 有机相纳米氧化锰和两亲性配体聚合物的合成与表征

3．4．2 IR808-MnO纳米探针的制备及其性质的表征

3．4．3 体外细胞对IR808-MnO纳米探针肿瘤靶向效果评价

3．4．3 IR808-MnO纳米探针体内肿瘤靶向效果评价

3．5 本章小结

第四章 近红外染料功能化氧化锰纳米探针用于肿瘤靶向光热／光动力治疗的研究

4．1 研究背景

4．2 实验方法

4．2．1 实验材料与仪器

4．2．2 IR808-MnO纳米光敏剂化学性质表征

4．2．3 IR808-MnO纳米光敏剂体外细胞模拟肿瘤微环境ROS定量

4．2．4 IR808-MnO纳米光敏剂对肿瘤细胞治疗效果评价

4．2．5 IR808-MnO纳米光敏剂动物体内治疗效果评价

4．2．6 纳米探针生物安全性评价

4．3 实验结果与讨论

4．3．2 IR808-MnO纳米光敏剂体外模拟肿瘤微环境ROS定量分析

4．3．3 IR808-MnO纳米光敏剂对肿瘤细胞PTT／PDT联合治疗评价

4．3．4 活体PTT／PDT联合治疗评价

4．3．5 生物安全性评价

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本论文的主要研究结论

5．2 功能化磁纳米探针的前景展望

参考文献

缩写词简表

研究成果目录

致谢

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