超顺磁FeO纳米粒子的抗肿瘤药物靶向释放体系设计——两亲性壳聚糖衍生物的表面构建

摘要

恶性肿瘤是严重威胁人类健康的常见病和多发病，目前化学药物疗法是可供选择的主要治疗方法。提高肿瘤病灶内的药物浓度以抑制肿瘤细胞生长，减少抗肿瘤药物的用量以减轻全身毒副反应，是目前肿瘤化学药物治疗中急需解决的问题。超顺磁性Fe3O4(SPION)具有生物相容性、超顺磁性、纳米粒子表面效应，使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。SPION用作抗肿瘤药物的靶向释放载体，与微米粒子相比易于穿透细胞膜，从而可以增加药效，降低药物的用量。但是表面不经修饰的SPION在体内易于聚集，因此对其进行表面改性以提高悬浮分散稳定性、生物相容性、药物负载效率等特性，这是SPION能否进行抗肿瘤药物磁靶向释放的关键。壳聚糖(CS)是自然界唯一的碱性多糖，具有低毒、生物相容、可生物降解、膜穿透等特性。同时CS分子中具有活性氨基、羟基可以进行多种衍生化改性，为利用分子设计的原理制备新型的生物材料用壳聚糖衍生物提供了可能性。天然聚合物衍生物表面改性SPION不仅可以使SPION在生理环境中悬浮分散稳定，而且可赋予SPION天然生物大分子的生物活性。 本文根据分子设计原理，制备了多种水溶性壳聚糖衍生物，如N-琥珀酰壳聚糖(NSCS)、O-羧甲基壳聚糖(OCMCS)、N-琥珀酰-O-羧甲基壳聚糖(NSOCMCS)。首先研究这些壳聚糖衍生物的生物相容性，如细胞相容性，与生物蛋白的相互作用，与体循环液的生物相容性。接着研究壳聚糖衍生物对广谱型疏水抗癌药物——喜树碱(CPT)的增溶与缓释。重点研究了CS及其衍生物作为表面改性剂制备悬浮稳定的SPION的工艺条件，揭示稳定机理；以及壳聚糖及其衍生物修饰的Fe3O4纳米粒子对CPT的固载、控制释放以及对肿瘤细胞的抑制率。 通过圆二色谱(CD)、等温滴定微量量热仪(ITC)、紫外光谱(UV)、荧光光谱、透射电镜(TEM)以及旋转流变仪等研究了NSCS与BSA间的相互作用。结果表明，NSCS与BSA相互作用的驱动力是H键和疏水作用，NSCS能够很好地维持BSA构象，因此，NSCS是一种具有蛋白相容性的壳聚糖衍生物。 通过TEM、荧光光谱以及体外释放实验研究了两亲性NSOCMCS对CPT的增溶和控制释放效果，结果表明，NSOCMCS聚集体负载CPT后尺寸明显增大，CPT在NSOCMCS溶液中的溶解度比其在水中的溶解度增大2～3倍，同时NSOCMCS对CPT的释放具有一定的缓释作用，这表明，NSOCMCS是一种具有应用潜力的疏水抗肿瘤药物释放载体。 采用化学共沉淀法合成了具有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子，并分别用CS、OCMCS、NSOCMCS作为Fe3O4的表面改性剂，成功地制备了CS/Fe3O4、OCMCS/Fe3O4、NSOCMCS/ Fe3O4悬浮分散稳定的SPION。通过傅立叶红外光谱仪(FTIR)、TEM、X射线衍射(XRD)、动态光散射(DLS)等手段研究了复合体系的稳定机理。结果表明，CS主要通过静电相互作用机理化学吸附在SPION表面，而OCMCS与NSOCMCS主要以配位相互作用机理化学吸附于SPION表面。它们对SPION悬浮分散稳定的主要机理是空间位阻与静电排斥稳定作用。通过TEM、DLS、荧光光谱研究了CPT的负载对表面改性SPION纳米粒子的形貌、水力半径的影响，以及表面改性SPION纳米粒子中CPT的体外释放行为，CPT负载表面改性SPION纳米粒子对7721型肝癌细胞与MKN-45型胃癌细胞的抑制率。结果表明，由于CPT/CS/Fe3O4体系在体外生理环境下不稳定，因此不能用于癌细胞培养实验，而且CPT的负载率、体外释放行为受聚糖结构与性质的影响明显。与CPT溶液相比，OCMCS及NSOCMCS改性的SPION促使细胞形貌发生明显的变化，而且对肿瘤细胞的抑制率相比于空白CPT有很大的提高。 本文的研究结果表明，CS，OCMCS以及NSOCMCS都可以用来改性SPION得到其悬浮分散稳定的纳米粒子，修饰后的SPION具有生物相容性。聚糖修饰的SPION可以有效地固载CPT。从癌细胞培养实验结果可知，本文设计的抗肿瘤药磁靶向释放载体可以集SPION与聚糖的特性于一体，是一类具有应用潜力的CPT靶向释放载体材料。

目录

声明

摘要

第一章前言

1.1恶性肿瘤主要治疗方式及磁靶向药物控制释放

1.2纳米Fe3O4的性质及其在生物医学领域的应用

1.2.1生物分离

1.2.2磁共振图像

1.2.3磁热疗法

1.2.4磁靶向药物控制释放

1.3纳米Fe3O4的制备

1.4纳米Fe3O4的表面改性

1.4.1无机材料表面改性

1.4.2有机表面活性剂表面改性

1.4.3聚合物表面改性

1.5壳聚糖及其衍生物用于纳米Fe3O4粒子表面改性

1.6选题目的与意义

1.7参考文献

第二章N-琥珀酰壳聚糖的制备及其与牛血清白蛋白的相互作用研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料及试剂

2.2.2仪器设备

2.2.3 NSCS的合成与结构表征

2.2.4 NSCS与BSA相互作用研究

2.3结果与讨论

2.3.1 NSCS的结构表征

2.3.2 NSCS与BSA相互作用研究

2.3.3 NSCS与BSA作用机理研究

2.4本章结论

2.5参考文献

第三章N-琥珀酰-O-羧甲基壳聚糖的制备及其对喜树碱的增溶和控制释放研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料及试剂

3.2.2仪器设备

3.2.3 CPT标准曲线的绘制

3.2.4 NSOCMCS的合成与表征

3.2.5 NSOCMCS对喜树碱的增溶研究

3.2.6NSOCMCS对CPT的体外控制释放

3.3结果与讨论

3.3.1 NSOCMCS的结构表征

3.3.2 NSOCMCS的聚集行为研究

3.3.3 CPT在NSOCMCS溶液中的增溶行为

3.3.4形貌表征

3.3.5 CPT的体外控制释放研究

3.4本章结论

3.5参考文献

第四章悬浮分散稳定的聚糖表面改性超顺磁Fe3O4纳米粒子的制备

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1原料与试剂

4.2.2仪器设备

4.2.3 Fe3O4的合成

4.2.4 Fe3O4的表面改性

4.2.5 SPION悬浮液的制备方法

4.2.6 SPION在生理条件下的悬浮稳定性

4.3结果与讨论

4.3.1粒子尺寸与分布

4.3.2结构表征

4.3.3形貌表征

4.3.4 XRD

4.3.5 VSM

4.3.6吸附稳定机理研究

4.3.7 SPION在生理条件下悬浮稳定性研究

4.4本章结论

4.5参考文献

第五章聚糖改性超顺磁Fe3O4纳米粒子对喜数碱的负载及其释放研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1原料及试剂

5.2.2仪器设备

5.2.3不同聚糖表面改性SPION体系负载CPT

5.2.4 CPT的标准曲线测定

5.2.5 CPT的负载率和包覆率

5.2.6 DLS表征粒子的尺寸和分布

5.2.7 TEM表征粒子的尺寸和形貌

5.2.8蛋白吸附实验

5.2.9体外释放研究

5.2.10体外细胞实验

5.3结果与讨论

5.3.1 SPION负载CPT

5.3.2载药SPION的尺寸表征

5.3.3蛋白吸附研究

5.3.4体外释放研究

5.3.5体外细胞毒性研究

5.4本章结论

5.5参考文献

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢