高水溶性光热/光学成像诊疗剂的制备及其抗肿瘤应用

摘要

光热治疗作为一种备受关注的肿瘤治疗技术，具有非侵入、毒副作用小、易调控、见效显著的优点，在实体肿瘤的治疗中有着非常广泛的应用。但是，现有的光热治疗材料由于水溶性不足、主动靶向能力欠缺、光热转换效率偏低，不能充分发挥光热治疗的优势。此外，目前报道的有机光热治疗材料大多是利用分子间作用力、亲疏水作用、π-π堆积的方法，由非水溶光热材料和两亲性聚合物直接包覆制备，虽然简单易得，但在生物体内循环存在解离、泄露的风险，限制了光热治疗在临床应用的可能性。本论文针对此类问题，合理设计出了两种具有较高光热治疗效率的高水溶性聚合物，聚合物在水中可自组装成纳米粒子，具有较高的流体和光学稳定性。更为重要的是这两类光热纳米粒子分别具有光声成像和近红外二窗荧光成像功能，可实现对目标肿瘤清晰的光学成像和高效的光热治疗。本文的具体研究内容如下两个方面： （1）光声成像/光热诊疗剂的制备及其靶向光热治疗：借助于原子转移自由基聚合（ATRP）和点击反应在苝酰亚胺分子上修饰了乳糖聚合物，该聚合物在水溶液中经自组装可形成苝酰亚胺为核，乳糖聚合物为壳的纳米粒子PLAC-PDI NPs。纳米粒子表面高密度的乳糖带给纳米粒子优良水溶性、生理稳定性的同时，也带来了超强的Hep G2肿瘤细胞主动靶向能力。PLAC-PDI NPs具有较小的尺寸（平均粒径为65±5nm），较好的近红外吸收特性（660-700nm），以及强吸光能力（摩尔消光系数为0.97L g-1cm-1）。在730nm激光以500mW cm-2的功率照射下，0.60mg mL-1的PLAC-PDI NPs溶液可升温至70℃，光热转换效率可达42%，是非常优良的光热转换材料。同时，PLAC-PDI NPs在700nm处具有高亮度的光声成像功能，可实现对Hep G2细胞和肿瘤的光声成像。更为重要的是，在730nm激光持续照射下，该纳米粒子还可特异性的杀死Hep G2细胞，且对Hep G2肿瘤也具备增强的抑制效果。最后，通过H&E进一步证明了PLAC-PDI NPs具有很好的生物相容性。 （2）近红外二窗荧光成像/光热诊疗剂的制备及光热治疗：首先通过Stille聚合制备了具有良好二窗荧光成像功能的吡咯并吡咯烷酮-b-噻吩共轭聚合物PDPP，然后利用ATRP聚合在PDPP两端接枝了水溶性聚合物POEGMA，得到了一种近红外二窗荧光发射的三嵌段共轭聚合物（POEGMA-b-PDPP-b-POEGMA）。聚合物POEGMA-b-PDPP-b-POEGMA具有高的水溶性（＞10mg mL-1），在水中形成的纳米粒子平均粒径为56.1±2.2nm。该聚合物的近红外能力极强，最大吸收为714nm，且摩尔消光系数高达2.04L g-1cm-1，最大发射为1073nm。0.5mg mL-1的聚合物POEGMA-b-PDPP-b-POEGMA溶液，用808nm激光以500mW cm-2的功率照射，在300秒内即可迅速上升到65℃，光热转换效率高达52%。POEGMA-b-PDPP-b-POEGMA聚合物的近红外二窗荧光成像穿透深度高达7mm，且可实现对小鼠肿瘤的高清晰二窗荧光成像。最后POEGMA-b-PDPP-b-POEGMA聚合物还可实现对肿瘤细胞和组织的高效光热治疗，有效地杀死癌细胞，抑制肿瘤的生长。

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