一种强穿透性和靶向性的新型光动力治疗药物的研究开发

摘要

光动力疗法（Photodynamic therapy，PDT）是通过光照激发聚集在肿瘤组织处的光敏剂，与分子氧发生光化学反应产生氧自由基(Reactive oxygen species，ROS)来杀死邻近的癌细胞。此种疗法具有选择性好、副作用小、可重复性等优点，是当今世界肿瘤科技最前沿、最有希望的领域之一。但目前医疗上采用的光敏剂存在穿透性差、靶向性低的问题，还无法满足PDT在深层次肿瘤治疗中应用的要求。针对以上问题，本论文将稀土元素掺杂的上转换纳米颗粒（Upconversion nanoparticles，UCNPs）和透明质酸（Hyaluronic acid，HA）引入光敏剂的设计，制得新型UCNPs-卟啉-HA三位一体的复合光敏剂，组合UCNPs的上转换发光作用和HA分子靶向功能，提高PDT在深层次肿瘤治疗中的杀伤效率。 论文工作主要分为四个部分。第一部分是UCNPs-卟啉-HA复合光敏剂基本模板的制备及物理化学表征。介孔二氧化硅包覆稀土纳米晶，将光敏剂以物理浸入方式包埋入介孔中，以酰胺键使HA分子共价接枝到其表面，完成制备。最后对复合光敏剂的光谱学性质和单线态氧（singlet oxygen，1O2）产量等性能参数进行初步检测。第二部分是复合光敏剂的细胞成像及毒理实验。复合光敏剂在无光照条件下的细胞毒性小于20%，在有980nm近红外光照下其PDT杀伤效率在40%-50%之间。在倒置双光子荧光共聚焦显微镜下观察其有较强荧光发射，具有生物成像功能。第三部分是对复合光敏剂1O2产率进行调节。一是改变UCNPs中稀土离子的掺杂类型及比例，获得不同上转换荧光组峰或荧光强弱的UCNPs。二是调整负载的光敏剂分子，优化单一光敏剂和尝试混合光敏剂负载，比较不同复合光敏剂的1O2产率。最后一部分是复合光敏剂的靶向性调节。HA的分子量可能会影响其靶向性，因此制备五种HA（分子量5k-1000kDa）共价枝接的复合光敏剂，然后研究其对癌细胞的PDT效果来判断HA分子的靶向性功能。 本实验成功构建UCNPs-卟啉-HA复合光敏剂基本模板，并在此基础上，调控UCNPs的类型、卟啉等光敏分子类型、HA分子量等参数，获得差异化定制的复合光敏剂。为之后制备具有高效PDT杀伤效果的复合光敏剂提供可行的改进方案。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 光动力疗法的研究进展

1.2.1光动力疗法的发展历史

1.2.2光动力疗法的作用原理

1.2.3 光动力疗法在肿瘤治疗领域的研究进展

1.3具有强穿透力的光敏剂

1.3.1 基于上转换纳米晶的光敏剂

1.3.2 基于双光子纳米材料的光敏剂

1.3.3 其他强穿透力的光敏剂设计

1.4靶标性光敏剂

1.4.1生物功能性高分子为靶向的光敏剂

1.4.2特异性多肽为靶向的光敏剂

1.4.3其他靶向方式的光敏剂

1.5 本论文立题依据及意义

1.6 本论文研究内容

第二章 UCNPs-卟啉-HA复合光敏体系基本模板的制备及表征

2.1 实验材料

2.1.1实验试剂

2.1.2 仪器设备

2.2 NaYF4:Yb/Er稀土纳米晶的制备

2.2.1 实验方法

2.2.2 UCNPs的表征

2.3 UCNPs的表面修饰及介孔二氧化硅的包覆

2.3.1 实验方法

2.3.2 样品表征

2.4 光敏剂分子的负载与透明质酸分子的共价枝接

2.4.1 实验方法

2.4.2 样品表征

2.5 结果与讨论

2.5.1 UCNPs纳米晶表征数据分析

2.5.2 UCNPs表面修饰的表征数据分析

2.5.3光敏剂分子的负载及单线态氧产量检测的结果数据分析

2.5.4 HA分子的共价枝接的表征数据分析

2.6 本章小结

第三章 细胞成像及毒理实验

3.1 实验材料

3.1.1 实验试剂

3.1.2 仪器设备

3.2 实验步骤

3.2.1 复合光敏剂的MTT实验

3.2.2 复合光敏剂的生物成像

3.3实验结果分析

3.3.1 复合光敏剂的细胞毒性分析

3.3.2 复合光敏剂对HCT116细胞PDT效果分析

3.3.3 复合光敏剂的生物成像分析

3.4 本章小结

第四章 新型复合光敏剂的单线态氧量子产率的调节

4.1实验材料

4.1.1实验试剂

4.1.2仪器设备

4.2稀土上转换纳米材料的光学性能的调节

4.1.1调节UCNPs掺杂稀土离子的类型

4.1.2调节UCNPs掺杂稀土离子的浓度

4.1.3实验结果分析

4.2光敏成分的类型和混合配比的调整

4.2.1单一光敏成分的类型调节

4.2.2光敏成分混合配比的调节

4.2.3结果分析

4.3 本章小结

第五章 复合光敏剂靶向性的调节

5.1 实验材料

5.1.1试剂材料

5.1.2 仪器设备

5.2不同分子量的透明质酸的共价枝接

5.2.1 实验方法

5.2.2 结果分析

5.3细胞水平靶向性测试

5.3.1 实验方法

5.3.2 结果讨论

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢