仿生修饰金纳米杆用于癌细胞选择性内吞的研究

摘要

近年来，纳米科技与生物医学的联姻为癌症的治疗开拓了方向。其中近红外光热技术因人体对近红外光的高透过率和低吸收率而获得关注。作为一种理想的纳米生物医用材料，除了需要体现出自身优异的特征功能外，还需要在与细胞作用时满足良好的生物稳定性、生物相容性和一定的功能性如靶向功能等。界面的仿生设计是赋予传统纳米材料这些特点的有效手段之一。我们将仿细胞膜结构的磷酸胆碱(Phosphorylcholine，PC)用于具有近红外光热响应的金纳米杆(GNRs)的表面修饰，发现由此带来了GNRs良好的的生物稳定性和生物相容性。进一步的细胞内吞实验显示，PC修饰的金纳米杆(GNRs@PC)比经典聚氧乙烯修饰金纳米杆(GNRs@PEG)具有更高的癌细胞内吞能力。更为重要的是在来源于肝、鼻和淋巴组织的三对正常细胞和癌细胞对比中，GNRs@PC均呈现出在癌细胞内选择性富集现象。进一步和主动靶向分子半乳糖胺和叶酸修饰的金纳米杆(GNRs@Gals和GNRs@FA)比较，发现GNRs@PC的选择内吞能力在肝癌细胞中和GNRs@Gals相当；在鼻咽癌细胞中和GNRs@FA相当，呈现普适高效的癌细胞选择内吞能力。
　　 本研究进一步从材料学的角度探索了PC诱导GNRs的癌细胞选择内吞机理。通过比较PC修饰的不同尺寸与形状的金纳米颗粒的细胞内吞作用，紫外可见光谱法(UV-Vis)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和透射电镜细胞切片法(TEM)都显示PC界面修饰对细胞内吞的影响远大于金纳米颗粒自身的尺寸和形状效应。同时，通过对颗粒表面和细胞培养基中掺入的PC量的调控揭示了PC诱导的内吞符合一种受体介导的作用。在此基础上，我们研究了细胞的GNRs的内吞量对近红外光热治疗的影响，发现这两个量是正相关的，即细胞内吞GNRs越多，在近红外光作用下细胞死亡越快。由此我们提出细胞内热疗的概念并将其运用于鼻咽癌体外模型的近红外光热治疗中。选取鼻腔肿瘤部位四种主要细胞与GNRs@PC相互作用，近红外光照实验结果显示GNRs@PC具有良好的癌细胞选择性杀灭能力，同时一系列光照优化实验也找到了治疗的功率窗口。本文的结论有望为GNRs@PC在近红外光热治疗体内评价和解释PC细胞内吞机理上提供证据与准备。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第一章研究背景与课题提出

1.1癌症热疗方法及其发展前景

1.1.1癌症热疗方法概述

1.1.2纳米材料促进的非侵入性癌症治疗手段

1.2纳米材料的近红外光热响应特性及其在癌症治疗上的应用

1.2.1近红外光：非侵入性光热癌症治疗的新工具

1.2.2具有近红外光热响应的纳米材料

1.2.3近红外光热响应纳米材料在生物医用领域的应用

1.2.4近红外光热响应纳米材料应用应满足的条件

1.3近红外光热响应纳米材料的表面分子设计

1.3.1基于生物稳定性与生物相容性目的的表面分子设计

1.3.2基于细胞靶向与内吞目的的表面分子设计

1.3.3基于细胞膜仿生的磷酸胆碱(PC)技术

1.4课题提出

第二章金纳米杆(GNRs)基于PC的细胞作用研究

2.1实验步骤

2.1.1 GNRs@PC的生物稳定性与生物相容性实验

2.1.2 GNRs@PC等四种GNRs的不同细胞内吞实验

2.1.3 GNRs@PC等四种GNRs对不同细胞近红外光热效应实验

2.2.结果与讨论

2.2.1 GNRs@PC的生物稳定性与生物相容性评价

2.2.2 GNRs@PC与GNRs@PC的细胞内吞比较

2.2.3 GNRs@PC对于不同细胞内吞的选择比较

2.2.4 GNRs@PC的癌细胞选择性内吞能力分析

2.2.5 GNRs的细胞选择性内吞量与近红外杀灭细胞能力的关系

2.3.本章小结

第三章金纳米颗粒基于PC的细胞作用机理：材料学研究

3.1实验步骤

3.1.1金纳米球(GNPs)尺寸对于纳米颗粒内吞的影响实验

3.1.2 GNRs尺寸对于纳米颗粒内吞的影响实验

3.1.3游离PC对于GNPsPC内吞的影响实验

3.1.4 GNPs表面PC修饰量对于颗粒内吞的影响实验

3.2结果与讨论

3.2.1 GNPs尺寸对于纳米颗粒内吞的影响

3.2.2 GNRs尺寸对于纳米颗粒内吞的影响

3.2.3游离PC对于GNPsPC内吞的影响

3.2.4 GNPs表面PC修饰量对于颗粒内吞的影响

3.3本章小结

第四章GNRs@PC对鼻咽肿瘤体外模型的近红外光热治疗研究

4.1实验步骤

4.1.1 GNRs@PC对鼻咽部位四种细胞的细胞毒性实验

4.1.2鼻咽部位四种细胞对GNRs@PC的细胞内吞实验

4.1.3鼻咽部位四种细胞在GNRs@PC作用下的NIR光热实验

4.2结果与讨论

4.2.1鼻咽肿瘤部位体外初步模型思想构建

4.2.2 GNRs@PC对鼻咽部位四种细胞的细胞毒性分析

4.2.3鼻咽部位四种细胞对GNRs@PC的细胞内吞比较

4.2.4鼻咽部位四种细胞在GNRsPC作用下的NIR光热敏感性分析

4.3本章小结

第五章全文总结

参考文献

附录

作者简介