碳纳米管、石墨烯基纳米载药系统的制备及其在靶向治疗方面的应用

摘要

碳纳米管和氧化石墨烯要作为药物载体应用于生物医学领域，需要解决很多实际性的问题，比如材料的生物毒性，药物的负载方法等等。碳纳米管在生物应用方面具有良好的应用潜能，在药物、基因、蛋白载体方面都已经获得了广泛的研究。盐酸阿霉素(DOX)是一种常见的抗癌药物，它和碳纳米管之间靠π-π相互作用吸引在一起，可以通过非共价的方式堆积在碳纳米管表面上。关于氧化石墨烯的研究，人们开始关注它在生物医药方面的应用，比如药物、基因运输，特别是可用于癌症治疗的靶向药物传递系统的研究引起了非常大的关注。本论文主要是合成碳纳米管、石墨烯基纳米载药系统，并且对材料进行表征，考察材料对抗癌药物的负载能力和体外药物释放情况，以及分析材料的细胞毒性。全文共分为四章。
　　 第一章概述了碳纳米管和石墨烯的结构和合成方法以及它们在生物医学领域的应用情况和前景。最后提出了本论文的研究设想。
　　 第二章利用多壁碳纳米管为基体合成了一种具有靶向药物传输功能的MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA复合材料。并且考察了该复合材料负载抗癌药物盐酸阿霉素(DOX)的能力、体外模拟药物释放情况、材料的细胞毒性、进入细胞的情况和流式细胞实验等。我们发现这种MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA复合材料的药物负载量较大，可以达到282mg/g。通过体外模拟药物释放的实验我们发现，MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA/DOX的药物释放是pH值响应的，这种抗癌药物可控释放的性质在药物运输方面的应用是非常重要的。MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA/DOX复合材料对癌细胞具有明显的抑制作用，对高表达PC-3细胞和低表达MCF-7细胞都有毒性，但是对高表达的PC-3细胞的毒性更明显。MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA/DOX杂化材料能够穿过PC-3细胞的细胞膜进入到细胞的囊泡中，PSCA抗体对材料进入细胞的量有很大的决定关系。流式细胞实验再次证明了，MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA/DOX材料对高表达的PC-3细胞具有很好的靶向性。因此，我们合成的MWCNT@PEI-Dy/AbPSCA材料有望成为一种有效的药物运载材料应用在癌症的治疗上。
　　 第三章合成了一种可用于靶向药物运载和磁共振成像(MRI)的多功能材料GO/PAMAM/DTPA-Gd/AbPSCA，并且考察了该复合材料负载抗癌药物DOX的能力、体外模拟药物释放情况、材料的细胞毒性和MRI实验等。我们发现GO/PAMAM/DTPA-Gd/AbPSCA/材料的药物DOX的负载量达到741.5mg/g。这种靶向药物运输载体系统GO/PAMAM/DTPA-Gd/AbPSCA/DOX的药物释放是pH值响应的。其在正常生理条件下具有微小的药物释放量，在靶向抵达和进入癌细胞之前，对正常组织的副作用很小，但在酸性介质中确具有较大的释放量，这对于GO/PAMAM/DTPA-Gd/AbPSCA药物载体在实际生物应用中具有重要的实用意义。GO/PAMAM/DTPA-Gd/AbPSCA材料有望成为一种有效的癌细胞靶向T1加权MRI造影剂。GO/PAMAM/DTPA-Gd/AbPSCA/DOX对高表达PC-3细胞和低表达MCF-7细胞都有抑制效果，但是对高表达的PC-3细胞的毒性明显高于低表达的MCF-7细胞，体现了抗体偶联材料的靶向性。本章的这些发现也为氧化石墨烯的生物应用提供了可供参考的信息。
　　 第四章对本论文所得的重要结果进行了总结，并且展望了所制备的材料在生物医学应用领域的应用前景。