磁性纳米钻石药物的制备及其磁靶向效应研究

摘要

癌症因其死亡率高已经成为一个全球性的公共健康问题，化疗是进行癌症治疗的重要方法之一，但是传统化疗药物存在治疗效率低、毒副作用大且药物体系本身功能单一的缺陷。故寻求新思路、探索新目标，制备兼多种性质于一体的复合药物体系，即研究新型药物载体材料成为热点。经调研发现，许多科研工作者将目光转向了碳基纳米材料上，如石墨烯，碳量子点等。然而,由于它们的毒副作用大和生物相容性差等缺点导致并非药物载体的最佳选择。而纳米钻石因其优异的光化学性质、良好的生物相容性、低毒性和表面易被修饰等特点引起了公众的关注。此外磁性四氧化三铁纳米颗粒[2]也由于其突出的磁性和对人体的低毒性即可以通过正常的铁代谢生化途径被细胞再利用，此外很容易被含不同官能团的表面活性剂修饰，因此探索新型纳米载体受到科研人员的青睐。
　　鉴于以上分析，本文设计一种集磁性与荧光于一体的磁性纳米钻石药物(Fe3O4-PLL-ND/DOX)；在外加磁场作用下，以人宫颈癌(HeLa)细胞为体外模型，研究其与HeLa的相互作用；以荷瘤小鼠为体内模型，研究其体内的磁靶向效应，期望为磁靶向纳米药物的开发、应用提供理论依据。主要研究内容如下：
　　1.用化学共沉淀法合成表面富含羧基的磁性Fe3O4纳米粒子，用浓强酸处理ND，然后在偶联剂聚赖氨酸(PLL)的作用下，形成磁纳米钻石材料(Fe3O4-PLL-ND)，采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)和马尔文激光粒度分析仪对材料进行表征；然后以Fe3O4-PLL-ND为载体， DOX为药物模型，通过静电吸附作用，形成磁性纳米钻石药物Fe3O4-PLL-ND/DOX，运用紫外-可见分光光度法计算得DOX的负载量约为70μg/mg。探索不同pH条件下的释药行为，其结果显示Fe3O4-PLL-ND/DOX适合在细胞内含体或溶酶体环境(pH5.0)下释药，而在生理环境(pH7.4)下比较稳定，这就说明该磁性药物的毒副作用小。
　　2.在外加磁场作用下，以HeLa细胞为体外模型，通过荧光显微镜观测法，激光共聚焦显微技术，流式细胞技术研究了Fe3O4-PLL-ND/DOX与HeLa细胞的细胞效应。由细胞形态法和流式细胞仪检测细胞凋亡的结果可知，Fe3O4-PLL-ND具有生物相容性，在外加磁场作用下，24h内Fe3O4-PLL-ND/DOX对细胞具有较强杀伤力，表现出了一定的磁靶向性；由激光共聚焦显微镜对Fe3O4-PLL-ND/DOX在细胞内的定位结果可知随着时间的延长，DOX可以进入细胞核，而Fe3O4-PLL-ND位于细胞质中；Fe3O4-PLL-ND-DOX进入细胞的动力学行为的结果显示，细胞摄取磁靶向药物具有时间依赖性。
　　3.采用荷瘤小鼠为体内模型，研究了Fe3O4-PLL-ND/DOX的体内磁靶向效应和纳米钻石载药体系[ND-(Tf-DOX)]的体内抗肿瘤效应。通过活体成像可知， Fe3O4-PLL-ND-DOX具有磁靶向效应；通过对ND-(Tf-DOX)组小鼠的平均体重和瘤体变化率检测，发现在治疗过程中平均体重基本保持稳定，而瘤体变化率逐渐降低，表明DOX和ND-(Tf-DOX)纳米药物能有效地控制肿瘤增长，且ND-(Tf-DOX)相对于DOX具有较强的抗肿瘤疗效，这说明ND-(Tf-DOX)纳米药物具有靶向性。器官指数的分析结果可证明ND-(Tf-DOX)药物能够显著降低传统化疗药物DOX对机体的毒副作用。