基于诊疗一体化多功能纳米生物材料在乳腺癌中的研究

摘要

本文针对目前乳腺癌临床诊断与治疗脱节立题，依据乳腺癌发生发展的生物学特点，设计、构建几种当前研究最热门的有机及无机诊疗一体化试剂，对其性能及表征进行了分析，在了解其体内外物理及化学性能的基础上，探讨了这些功能化的有机及无机纳米复合物发挥诊疗效果的内在机理，为诊疗一体化试剂的临床前运用提供数据支撑。主要研究结果如下:
　　1.利用改良的Hummer's方法合成纳米石墨烯，携载临床用的光动力药物HPPH形成GO-PEG-HPPH复合物，通过多模态影像研究其体内外释放的机理，探索缺氧状态下其体内发挥作用的规律与治疗效果，与单纯的HPPH进行对比分析，发现GO-PEG-HPPH组在影像增强的同时明显提高乳腺癌的治疗效果;揭示了该功能化复合纳米材料增强肿瘤疗效的内在原因，有望改变既往临床光动力药物的给药方式。同时，也将这种功能化的纳米石墨烯作为近红外染料(CySCOOH)的有效载体，揭示其体内外增强光声响应及光热治疗效果的内在原因。
　　2.在液/液/气三相界面合成纳米金喇叭花，透射电镜(TEM)显示其直径大约144.6±21.8nm间，斜边的边缘长度在123.3±21.3nm，厚度在10.0±1.6nm，借助于等离子共振原理，这种具有特殊晶体结构（有棱角的多瓣样花形）的纳米金喇叭花能有效地提高其对近红外激光的吸收/散射比值，与商业用的纳米金棒进行对比，其光热转换率明显提高(74％)，这是迄今为止报道过的光热试剂中产热效率最高的一种，其光声响应效能也明显强于现有的光声对比剂，这种多相界面的应用也可能应用于科学与工业领域的其他化学反应，可以在温和条件下制备形态可控的微纳晶体结构。
　　3.通过EDC/NHS系统可以有效地活化人血白蛋白(HSA)心形分子中的氨基，与CySCOOH形成稳定的共价连接，得到一种小于10nm的纳米微球CySCOOH@HSA，该微球与既往非共价相连的HSA复合物比，有效地提高了其生物学稳定性，延长了其血液半衰期，具有光学及光声双重成像性能，在肿瘤区高效被动富集，较好的光热响应性能。
　　4.通过PH值的梯度变化，在酸性条件下将乳铁蛋白纳米笼打开，包裹近红外染料IR820，在中性条件下，这种自组装纳米笼能自身聚合，合成一种稳定的光学/光声成像材料。染料的聚集使染料分子之间产生强烈的范德华力，π-πStacking粘附力，可以作为光声及荧光多模态成像下的光热治疗。其荧光发射波长向两侧分离，这种分离的优势使其具有双相优势，以550nm作为荧光成像的波长，具有高效的量子发射效率，而808nm作为光声成像及光热治疗的波长，具有高效的光热转换效率。
　　5.以硅烷自组装的方式包裹近红外染料形成平均粒径25nm的微球，进行光学/光声成像，可以发现，该纳米球能高效靶向有肿瘤转移的前哨淋巴结，生物发光成像也印证了只有在转移性淋巴结中这种纳米微球才会高效聚集，说明转移性淋巴结的微观结构及组成成分是这些纳米微球聚集的主要原因，这将为开展新型的临床早期癌症转移检测模式提供参考依据。
　　结论:本研究构建的诊疗一体化试剂，为乳腺癌诊疗一体化平台的建立奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 纳米生物材料在生物体运用的性能要求

1．3 纳米材料在乳腺癌区高富集的理论基础

1．4 PH值响应纳米药物释放的理论基础

1．5 以碳为基质的功能化纳米材料的发展历史及研究现状

1．5．1 碳碳纳米材料概述

1．5．2 石墨烯的概念及制备方法

1．5．3 纳米石墨烯的毒性及表面修饰改性

1．5．4 纳米石墨烯的生物医学应用

1．6 以金为基质的功能化纳米材料的发展历史及研究现状

1．6．1 金纳米材料的发展历史

1．6．2 影响纳米金性质的制约因素

1．6．3 纳米金的生物医学应用

1．7 基于有机纳米载体的诊疗一体化试剂

1．8 选题依据、研究内容、研究目的

1．8．1 选题依据

1．8．2 研究目的及研究内容

2 功能化纳米石墨烯载有光敏剂进行多模态影像向导下的光动力治疗

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料及仪器

2．2．2 材料与方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 GO-PEG-HPPH的合成与表征

2．3．2 GO-PEG-HPPH体外细胞学研究

2．3．3 GO-PEG-HPPH在乳腺癌动物模型活体多模态成像研究

2．3．4 GO-PEG-HPPH增强乳腺癌体内的光动力治疗研究

2．3．5 GO-PEG-HPPH体内毒性研究

2．4 结论

2．5 本章小结及展望

3 功能化纳米石墨烯载有近红外染料进行多模态影像向导下乳腺癌的光热治疗研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料与仪器

3．2．2 实验方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 GO-PEG-CySCOOH性能及表征

3．3．2 GO-PEG-CySCOOH体外细胞学研究

3．3．3 GO-PEG-CySCOOH体内光学成像研究

3．3．4 GO-PEG-CySCOOH体内及体外光声成像研究

3．3．5 GO-PEG-CySCOOH体内光热成像及光热治疗研究

3．3．6 GO-PEG-CySCOOH体内毒性评价

3．4．结论

3．5 本章小结及展望

4 金喇叭花作为近红外介导的光声／光热治疗模式在乳腺癌中的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器及材料

4．2．2 实验步骤及方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 功能化纳米金花的制备、表征

4．3．2 GBFs的体外细胞学研究

4．3．3 GBFs体内光声成像

4．3．4 GBFs体内光热治疗

4．4 结论

4．5 本章小结及展望

5 基于HSA辅助乳腺癌靶向纳米材料进行多模态成像及光热治疗的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 材料

5．2．2 方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 CySCOOH@HSA的制备与表征

5．3．2 CySCOOH@HSA体外细胞学研究

5．3．3 CySCOOH@HSA活体多模态成像研究

5．3．4 CySCOOH@HSA体内光热治疗研究

5．3．5 CySCOOH@HSA的体内光热治疗效果

5．3．6 体内毒性研究

5．4 结论

5．5 本章小结及展望

6 载近红外染料的乳铁蛋白纳米笼作为光学及光热治疗在乳腺癌中的研究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 实验仪器及材料

6．2．2 方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 DFRT性能、表征

6．3．2 DFRT体外细胞学研究

6．3．3 DFRT体内光学／光声成像

6．3．4 DFRT体内光热治疗

6．3．5 DFRT生物体毒性

6．4 结论

6．5 本章小结及展望

7 硅烷修饰包裹的纳米探针对乳腺癌前哨淋巴结进行长期双模态影像研究

7．1 引言

7．2 实验部分

7．2．1 材料与仪器

7．2．2 方法

7．3 结果及讨论

7．3．1 MSNs-Cy754复合纳米材料特征及表征

7．3．2 MSNs-Cy754复合纳米材料的稳定性检测

7．3．3 MSNs-Cy754复合纳米材料在乳腺癌转移中的光学及光声成像

7．3．4 体外病理检测

7．4 结论

7．5 本章小结及展望

8 全文总结与下一步展望

8．1 全文总结

8．2 本研究特色、创新点、不足以及研究展望

8．2．1 本研究的创新点

8．2．2 本研究不足之处

8．2．3 下一步研究展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢