表面化学修饰的功能化多壁碳纳米管对肝脏药物酶CYP3A4代谢活性影响的研究

摘要

由于尺寸和结构上的特异性，纳米材料在光、电、热、力学、机械等方面的应用已经引起人们的广泛关注。碳纳米管表面分子结构的特殊性和独特的中空管状结构更加丰富了其在各个领域中的应用，尤其是在生物医学领域。碳纳米管具有巨大的比表面积，表面具有很强的可修饰性，经表面功能化修饰后可以改善其水溶性、生物相容性、靶向性等多种性质，从而增加其在生物医药、疾病治疗等方面的应用价值。近年来的研究发现碳纳米管与蛋白质分子之间存在较强的相互作用，包括静电相互作用、疏水作用、π-π堆积等方式，而且这种相互作用可能会改变蛋白的构象，从而影响其正常的生理功能。碳纳米管应用的日益增多使其不可避免地会进入生物体，现有研究表明，碳纳米管进入体内后很容易在肝脏、脾脏、肺脏等组织中积聚。肝微粒体酶系作为人体中一种重要的药物代谢酶系，是体内主要的解毒机制，对体内内源性和外源性化合物的代谢具有至关重要的作用。研究表明，诸多因素都可能导致酶的诱导或抑制，酶活性的改变则会给机体正常生理功能带来不可忽略的影响。因此，研究碳纳米管对肝微粒体酶的活性影响是十分必要的。
　　 本研究以含80种不同功能化修饰的多壁碳纳米管库为基础，考察碳纳米管不同表面化学对肝脏药物代谢酶CYP3A4活性的影响。论文以人肝微粒体为模型，采用体外温孵的方法模拟体内酶促药物代谢反应，通过检测反应一段时间后底物硝苯地平的剩余量来表征CYP3A4酶活性的强弱。我们首次通过采取不同的反应处理方式，建立三种反应模式，模拟实际情况，考查了不同碳纳米管在硝苯地平代谢反应中的影响。经过对比我们发现，不同表面化学修饰的多壁碳纳米管可以调控CYP3A4酶的代谢活性，而对硝苯地平代谢的影响则是碳纳米管与CYP3A4酶和硝苯地平共同作用的结果。当改变反应体系中各物质的作用顺序，硝苯地平的代谢所受到的影响并不相同，且这种影响不是由于配体或碳纳米管本身引起的。
　　 我们选用两种碳纳米管作为研究对象进一步验证多壁碳纳米管在体内对CYP3A4酶代谢活性的影响，观察小鼠肝脏中积聚碳纳米管后CYP3A4酶代谢活性的变化。通过研究硝苯地平在不同处理组小鼠体内的代谢动力学，发现在实验组较低剂量的碳纳米管暴露下，硝苯地平的代谢情况并没有发生明显变化，这可能由于进入肝脏的碳纳米管多被枯否氏细胞所吞噬，从而减少了与CYP3A4酶直接相互作用的机会。
　　 通过本课题的研究，我们认为表面功能化修饰的多壁碳纳米管可以选择性的调控药物代谢酶CYP3A4的代谢活性，碳纳米管可通过与酶或小分子药物相互作用从而影响药物的代谢。而在体内，较低剂量的碳纳米管暴露并不会引起酶活性的改变。本课题建立了体内外评价碳纳米管对药物代谢酶活性影响的研究模型，并为功能化碳纳米管的生物效应评价及纳米医药应用方面提供了一定的参考和依据。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 碳纳米管简介

1．3 碳纳米管在生物医学领域的应用

1．3．1 碳纳米管作为药物载体

1．3．2 碳纳米管在生物成像中的应用

1．3．3 碳纳米管在肿瘤治疗中的应用

1．3．4 碳纳米管在生物传感器中的应用

1．4 碳纳米管在体内的生物分布及毒性

1．5 碳纳米管与酶相互作用的研究进展

1．6 细胞色素P450酶系

1．6．1 概述

1．6．2 细胞色素P450酶的结构和分类

1．6．3 细胞色素P450的催化机制

1．6．4 肝脏中的细胞色素P450及其功能

1．7 CYP3A4酶及其活性研究方法

1．8 本研究工作的意义与前景

第二章 功能化修饰的多壁碳纳米管对CYP3A4酶代谢活性影响的研究

2．1 引言

2．2 实验材料和仪器

2．2．1 实验材料和试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 功能化多壁碳纳米管库的制备

2．3．2 实验相关溶液的准备

2．3．3 体外微粒体代谢实验条件的优化

2．3．4 功能化多壁碳纳米管库对人肝微粒体CYP3A4酶活性的影响

2．3．5 f-MWCNTs对硝苯地平代谢反应的影响

2．3．6 f-MWCNTs对硝苯地平的吸附

2．3．7 f-MWCNTs配体对CYP3A4酶活性的影响

2．4 结果与讨论

2．4．1 功能化多壁碳纳米管库的设计及表征

2．4．2 体外微粒体代谢实验条件的确定

2．4．3 功能化多壁碳纳米管库对人肝微粒体CYP3A4酶活性的影响

2．4．4 f-MWCNTs在硝苯地平代谢反应中影响的研究

2．4．5 f-MWCNTs对硝苯地平的吸附

2．4．6 f-MWCNTs配体对CYP3A4酶活性的影响

2．5 结论

第三章 功能化修饰的多壁碳纳米管对小鼠肝脏中CYP3A4酶活性影响的研究

3．1 引言

3．2 实验材料和仪器

3．2．1 实验材料和试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 小鼠饲养

3．3．2 功能化多壁碳纳米管的性质

3．3．3 功能化多壁碳纳米管对小鼠体内硝苯地平代谢的影响

3．4 结果与讨论

3．4．1 31#和84#f-MWCNTs的理化性质

3．4．2 血浆药物检测方法学验证

3．4．3 小鼠体内f-MWCNTs对硝苯地平代谢影响的研究

3．4．4 f-MWCNTs在小鼠肝脏中分布的研究

3．5 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文