普鲁士蓝纳米颗粒多酶效应及抗氧化应用研究

摘要

近年来，许多金属基纳米材料相继被发现具有类似天然酶的活性，可作为模拟酶代替天然酶应用于体外检测、在体成像、肿瘤治疗等生物医学领域。本论文系统地研究了普鲁士蓝纳米颗粒(PBNPs)的类酶效应机制，提出了其在抗氧化方面的潜在应用，并对PBNPs的生物安全性行为进行了探讨。主要的研究结果概括如下:
　　(1)合成了PBNPs并对其模拟酶活性进行了研究。首先，本文发现PBNPs具有过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸氧化酶(AAO)几种模拟酶活性。其次，通过对其催化机制进行研究，发现其类POD活性远高于氧化铁纳米颗粒(IONPs)且不遵循后者的Fenton反应机制，而是遵循电子传递机制。具体来说，PBNPs处于不同氧化还原状态所具有的丰富的氧化还原电位是PBNPs能够传递电子的主要原因。进一步研究表明PBNPs的类CAT、SOD、AAO的活性机制亦为电子传递。
　　(2)为了研究PBNPs的ROS清除能力，我们利用二烯丙基三硫(DATS)、顺铂(CDDP)、紫外光辐射、氧化态低密度脂蛋白(OxLDL)、高糖(HG)、糖氧剥夺和复糖复氧(HT)、佛玻酯(PMA)和脂多糖(LPS)在细胞中建立了氧化应激模型，并且，我们应用LPS在ICR小鼠上建立了肝部炎症模型，利用链脲菌素(STZ)在C57 BL/6J小鼠上建立了糖尿病模型。最后的结果显示，PBNPs可以抑制这些病理条件下过量ROS引起的损伤，具有抗氧化作用。
　　(3)对PBNPs的在体安全性进行了较为系统的评估。通过组织铁含量测试、组织染色和核磁共振成像(MRI)研究了PBNPs的体内行为。通过尾静脉注射PBNPs的生物分布数据和尿液及粪便铁含量测试，我们发现PBNPs主要聚集在肝和脾两个含有的单核吞噬系统(MPS)的脏器，并且认为PBNPs可能通过尿液和粪便排出体外。通过组织学、血生化和血常规分析数据，我们认为连续30天对ICR小鼠腹腔注射150mg/kg/dPBNPs未造成明显毒性。然而，通过尾静脉注射的PBNPs的半数致死量(LD50)为41.92mg/kg，这可能是由于PBNPs累积到肺，影响了小鼠的呼吸功能。通过合成尺寸更小的PBNPs，有望解决这一问题。总体来说，PBNPs的安全性评估得到的数据令人鼓舞。
　　目前对于纳米模拟酶催化机制的研究在国内外少见报道，我们的研究为纳米模拟酶的活性机制提供了方向，并且有力地推进了PBNPs在生物医学领域的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 活性氧与疾病

1．3 天然抗氧化酶

1．3．1 过氧化氢酶(CAT)

1．3．2 过氧化物酶(POD)

1．3．3 超氧化物歧化酶(SOD)

1．4 铁基纳米模拟酶

1．4．1 铁基纳米模拟酶的活性机制

1．4．2 铁基纳米模拟酶的生物医学应用

1．5 国内外普鲁士蓝纳米颗粒研究进展

1．5．2 普鲁士蓝纳米颗粒的合成

1．5．3 普鲁士蓝纳米颗粒的生物医学应用

1．6 本文的主要研究内容

参考文献

第二章 普鲁士蓝纳米颗粒多酶效应机制研究

2．1 引言

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验部分

2．3．3 普鲁士蓝纳米颗粒的类多酶活性的发现

2．3．4 普鲁士蓝纳米颗粒的类多酶机制研究

2．4 结果与讨论

2．4．1 普鲁士蓝纳米颗粒的合成与表征

2．4．2 普鲁士蓝纳米颗粒的类过氧化物酶和类过氧化氢酶活性验证

2．4．3 普鲁士蓝纳米颗粒的类过氧化物酶活性和类过氯化氢酶活性机制研究

2．4．4 近红外光对普鲁士蓝纳米颗粒酶活性的促进作用

2．4．5 普鲁士蓝纳米颗粒的类超氧化物歧化酶活性

2．4．6 普鲁士蓝纳米颗粒类抗坏血酸过氯化物酶类和抗坏血酸氧化酶活性

2．5 本章小结

参考文献

第三章 普鲁士蓝纳米颗粒的抗氧化应用

3．1 引言

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 普鲁士蓝纳米颗粒稳定性研究

3．3．2 细胞复苏、传代和接种

3．3．3 细胞摄取和分布

3．3．4 普鲁士蓝纳米颗粒对细胞活性的影响(MTT法)

3．3．5 普鲁士蓝纳米颗粒对细胞内活性氧含量的影响

3．3．6 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗二烯丙基三硫诱导的HUVECs细胞氧化应激

3．3．7 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗顺铂诱导的HBZY-1细胞氧化应激

3．3．8 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗365nm紫外光诱导的NIH-3T3细胞氧化应激

3．3．9 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗缺糖缺氧虔糖复氧诱导的海马细胞氧化应激

3．3．10 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗氧化态低密度脂蛋白诱导的HUVEC氧化应激

3．3．11 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗高糖诱导的HUVECs及HBZY-1细胞氧化应激

3．3．12 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗氧化石墨烯诱导产生的氧化应激

3．3．13 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗RAW264-7呼吸爆发

3．3．14 普鲁士蓝纳米颗粒在小鼠体内分布

3．3．15 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗脂多糖诱导产生的ICR小鼠急性肝炎

3．3．16 普鲁士蓝纳米颗粒对糖尿病的影响

3．3．17 统计学分析

3．4 结果和讨论

3．4．1 普鲁士蓝纳米颗粒的稳定性评估

3．4．2 普鲁士蓝纳米颗粒的细胞内化和分布

3．4．3 普鲁士蓝纳米颗粒的细胞毒性评价

3．4．4 普鲁士蓝纳米颗粒的抗氧化作用研究

3．4．5 普鲁士蓝纳米颗粒的体内分布

3．4．6 普鲁士蓝纳米颗粒抵抗脂多糖诱导产生的ICR小鼠急性肝炎

3．4．7 普鲁士蓝纳米颗粒与糖尿病

3．5 本章小结

参考文献

第四章 普鲁士蓝纳米颗粒的安全性评价

4．1 引言

4．2 实验材料与仪器

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．3 实验部分

4．3．1 普鲁士蓝纳米颗粒的溶血性试验

4．3．2 普鲁士蓝纳米颗粒的血管刺激性试验

4．3．3 普鲁士蓝纳米颗粒在小鼠体内药物动力学研究

4．3．4 普鲁士蓝纳米颗粒在小鼠体内组织学分布研究

4．3．5 普鲁士蓝纳米颗粒的排泄

4．3．6 普鲁士蓝纳米颗粒急性毒评估

4．3．7 普鲁士蓝纳米颗粒长期毒评估

4．4 结果与讨论

4．4．1 普鲁士蓝纳米颗粒的溶血性试验

4．4．2 普鲁士蓝纳米颗粒的血管刺激性试验

4．4．3 普鲁士蓝纳米颗粒在小鼠体内药物动力学分析

4．4．4 普鲁士蓝纳米颗粒在小鼠体内组织学分布研究

4．4．5 普鲁士蓝纳米颗粒的尿粪排泄

4．4．6 普鲁士蓝纳米颗粒的急性毒实验

4．4．7 普鲁士蓝纳米颗粒的长期毒实验

4．5 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 论文创新点及不足之处

5．3 论文展望

攻读博士学位期间所发表的论文

致谢