金/银纳米团簇的生物学效应及在胃癌诊断治疗中的应用

摘要

近些年，配体包覆的原子数目可控的金/银纳米团簇，因其在传感、催化、光电学以及生物医学领域的巨大应用价值，吸引了众多研究者的目光。与较大粒径的金/银纳米晶体不同，硫醇配体包覆的金/银纳米团簇没有局域表面等离子体共振现象，而表现出独特的荧光性质和分立结构的线状吸收光谱，这是因为其表面金原子的自由电子受到限制，电子处于分立的能级上。然而，到现在为止尚没有关于手性金/银纳米团簇影响细胞的生长和增殖等细胞毒性的报道。
　　本文内容主要分为两大部分：第一部分主要是关于以 L-GSH和D-GSH为配体的手性金/银纳米团簇的合成和表征，以及金/银纳米团簇对 MGC-803和GES-1细胞的毒性研究；第二部分是金纳米团簇的功能化及其在双模式成像以及荧光成像指导下的光动力学治疗中的应用。主要内容详述如下：
　　1.手性金纳米团簇AuNCs@L-GSH和AuNCs@D-GSH均能引起MGC-803和GES-1的细胞毒性，并表现出浓度依赖的性质。细胞生理学的研究表明，两种金纳米团簇均能导致活性氧的产生、线粒体去极化、DNA损伤、细胞周期阻滞、凋亡介导的死亡等。MGC-803和GES-1两种细胞的实验均表明，AuNCs@D-GSH的细胞毒性明显高于AuNCs@L-GSH，这种与手性相关的细胞毒性突出了手性因素在纳米材料与生物体系的相互作用中的重要性。全基因组表达谱芯片技术揭示 AuNCs@L-GSH和AuNCs@D-GSH均能引起与调控细胞周期阻滞、凋亡、应对氧化应激、外源物质代谢等生物学过程相关的基因发生显著差异表达，此外，AuNCs@D-GSH还影响与代谢和生物合成相关的通路。此外，我们还发现在相同的Au NCs处理条件下，MGC-803比 GES-1更敏感、细胞毒性更大，这可能与MGC-803细胞 GSTP1基因启动子区域高甲基化导致的GSTP1表达沉默有关。因此，我们在研究纳米材料与生物体系的相互作用时，不仅要研究相关的毒性，还要涉及细胞应对外来应激所做的适应性改变，及其本身表观遗传学改变对相互作用体系的影响。
　　2. AgNCs@D-GSH对 MGC-803和GES-1细胞的毒性大于AgNCs@L-GSH，而且两种银纳米团簇引起的细胞凋亡比例与细胞内 ROS的水平、线粒体膜电位去极化的程度、细胞周期阻滞在G2/M期的比例相一致，并表现出浓度依赖的性质。此外，我们将两种银纳米团簇原位注射于MGC-803细胞的裸鼠皮下移植瘤，发现AgNCs@D-GSH比AgNCs@L-GSH更能有效的抑制皮下瘤的生长。
　　3.将靶向分子叶酸通过酰胺反应共价偶联到金纳米团簇表面，荧光共聚焦显微实验证实该探针能够有效的靶向胃癌 MGC-803细胞，还将其应用到活体的荧光/X-ray CT双模式成像。HE染色证明该探针良好的体内安全性。
　　4.我们改进了金纳米团簇合成方法，通过Au(I)?SG复合物的还原动力学和热力学的精确控制，选择性的形成 Au(0)@Au(I)?SG结构，提高了金纳米团簇的量子产率（QY~5.8％）。然后，我们通过在金纳米团簇表面共价偶联叶酸和PEG分子，并装载光敏剂Ce6于PEG分子网络中，形成具有荧光成像和光动力学治疗等多功能的纳米探针(Ce6@GNCs-PEG2K-FA)。该探针的水化粒径约为6.1±1.2 nm，体外单线态氧测试表明，探针分子中的Ce6产生单线态氧的能力没有受到改变。体外的荧光实验表明，与游离的Ce6相比，该探针能够有效的靶向MGC-803细胞并且发挥更好的治疗效果。体内的分布和排泄途径实验证实，该探针拥有优异的肿瘤穿透和滞留效应，并且保留了金纳米团簇肾脏可滤过的性质，通过探针表面 PEG化的叶酸的靶向作用，实现了循环过程中对网状内皮系统维持隐蔽的状态和对肿瘤部位的长时间富集（7 d)。总之，该探针体内的增强治疗效果使其在转化医学中的应用成为可能。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

缩略词表

第一章绪论

1.1引言

1.2金纳米团簇的的定义

1.3金纳米团簇的合成方法

1. 4 金纳米团簇的性质

1.5金纳米团簇的应用

1.6肾脏可清除的无机纳米材料的特点

1.7本文的选题意义以及研究内容

第二章手性金纳米团簇对胃癌细胞和胃粘膜上皮细胞的安全性评价

2.1本章研究背景与设计思路

2.2实验材料与方法

2.3结果与讨论

2.4本章小节

第三章手性银纳米团簇引起的不同细胞毒性

3.1研究背景与思路

3.2材料与方法

3.3结果与讨论

3.4本章小节

第四章叶酸偶联的金纳米团簇在胃癌模型荧光/CT双模式成像中的应用

4.1研究背景与思路

4.2材料与方法

4.3结果与讨论

4.4本章小节

第五章金纳米团簇为基础的纳米探针实现同步胃癌荧光成像和高效靶向以及光动力学治疗

5.1研究背景与思路

5.2材料与方法

5.3结果与讨论

5.4本章小节

第六章 结束语

6.1本文主要结论

6.2本文主要创新点

6.3下一步研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间已发表或录用的论文

声明

答辩决议书