胶原蛋白-纳米金组装复合材料制备及生物医学应用研究

摘要

天然蛋白质胶原蛋白与无机纳米粒子金颗粒（AuNPs）的复合，能够有效的解决胶原蛋白机械性能差、降解过于迅速的缺点及AuNPs生物相容性差的问题，并能够集成二者的生物学性能及物理学特性，同时赋予复合材料新的功能。虽然胶原蛋白与AuNPs复合组装材料优势明显，但因化学还原残留于AuNPs表面物质的化学毒性及生物不相容性，在后续的生物医学应用中具有的潜在危害，也是不容忽视的。基于此，本文提出了一种生物矿化的方法，一步制备并得到了胶原蛋白-纳米金复合纳米颗粒及胶原蛋白-纳米金复合水凝胶，无添加有潜在毒性的还原剂及稳定剂，形成的复合材料具有显著增强的机械性能及流变性能，生物相容性好，安全性高，在促进细胞黏附生长及增殖分化、诱导细胞选择性死亡、药物原位保留及持续释放以及抗肿瘤应用方面取得了较好的效果。　　首先，基于生物矿化的作用机制，我们采用一步还原法制备得到了生物相容性好、安全性高、具有核壳结构的胶原蛋白-纳米金复合纳米颗粒，由胶原蛋白壳保护的AuNPs稳定性高、分散性好，尺寸分布于50±20 nm；反应前后，胶原蛋白的二级结构未发生变化，说明其反应条件的温和性；此生物矿化方法具有一定的普适性，可同样用于银纳米颗粒（AgNPs）及铂纳米颗粒（PtNPs）的制备。之后，通过对其作用机制进行实验探究及计算模拟，发现正电荷的胶原蛋白与带有负电荷的AuCl4-之间存在的静电作用对反应起到了关键性作用，胶原蛋白分子序列中的羟脯氨酸能够实现AuNPs的还原，因此，胶原蛋白兼具了还原剂及稳定剂的双重作用。　　其次，基于组装基元之间的静电相互作用，我们采用层层自组装技术，构建了胶原蛋白-纳米金复合薄膜。研究发现，AuNPs的成功负载，能够显著增强纳米薄膜的机械性能及表面张力，从而对成纤维细胞3T3在其表面的黏附生长及增殖分化起到了显著的促进作用。而进一步，将光敏剂负载于上述复合薄膜后，在特定波长激光的激发下，光敏剂能够产生不利于细胞生存的活性氧物种，通过特定区域活性氧的产生及富集，实现了对特定区域细胞死亡的有效调控；而未经激光照射区域的细胞，能够维持正常生长状态，进一步说明了此诱导细胞死亡方法的安全性以及此复合材料的生物相容性。　　此外，基于胶原蛋白分子链及无机阴离子团簇[AuCl4]-之间的静电相互作用，我们构建了可发生原位矿化反应，形成AuNPs的复合水凝胶体系。研究发现，矿化生成的AuNPs与胶原蛋白分子链之间可逆的非共价键作用，赋予了复合水凝胶剪切变稀及可自愈特性，从而可作为注射材料应用于药物的装载及抗肿瘤（尤其是针对于浅表性抗肿瘤）应用。通过体内实验发现，此复合水凝胶能够实现药物的肿瘤原位保留及持续性的缓慢释放，从而降低了药物毒性、提高了药物的生物利用度。之后，我们对其光热抗肿瘤及光热/光动力联合抗肿瘤效果进行了评价，结果表明，肿瘤生长明显抑制，而小鼠的生长状态未受到影响。此外，我们还提出了“一次给药，多次治疗”抗肿瘤策略，并取得了增强的抗肿瘤效果。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 功能性蛋白质与无机纳米颗粒的组装

1.3 胶原蛋白研究现状

1.4 胶原蛋白-纳米金复合材料的研究现状

1.5 本文的选题依据及主要研究内容

第2章 胶原蛋白-纳米金复合颗粒的制备及其应用探究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 光敏剂负载的纳米组装薄膜用于细胞死亡的调控

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 可注射胶原蛋白-纳米金自组装水凝胶用于光热/光动力抗肿瘤治疗

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢