新型钆掺杂碳量子点用于肿瘤靶向性成像及其放疗增敏研究

摘要

目的：　　放射治疗是治疗肿瘤的主要手段之一。然而，由于肿瘤影像诊断的局限性，常导致肿瘤组织未达肿瘤致死剂量、周围正常组织过量，从而引起放疗副反应；同时由于肿瘤组织自身存在的放疗抵抗，极大的降低了肿瘤细胞对高能射线的放疗敏感性，削弱放疗的治疗效果。针对肿瘤放疗过程中存在的影像诊断误差与放疗抵抗，本研究旨在利用水热碳化法制备一种多功能的新型纳米颗粒—钆掺杂碳量子点（Gd-doped CDs），应用于肿瘤靶向性成像及肿瘤的放疗增敏。　　方法：　　以钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)作为钆源材料、甘氨酸作为钝化剂通过一步水热碳化法制备 Gd-doped CDs；利用透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱法(FTIR)、X射线光电子能谱学(XPSS)、X射线衍射仪(XRD)揭示 Gd-doped CDs的理化特性；利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、荧光光度计(PL)揭示Gd-doped CDs的光学特性；利用核磁共振仪揭示Gd-doped CDs的磁学特性；利用CCK-8实验、溶血实验、细胞成像、组织学分析、ICP-MS揭示Gd-doped CDs的生物相容性；利用 BALB/c小鼠以及 BALB/c小鼠皮下肿瘤、肝癌原位移植瘤模型MRI平扫、组织病理学和免疫组织化学染色检测Gd-doped CDs的肿瘤靶向性成像；利用克隆形成实验、BALB/c小鼠皮下肿瘤模型体内实验检测 Gd-doped CDs的放疗增敏作用。　　结果：　　1.钆掺杂碳量子点的制备及表征　　利用水热碳化法成功构建Gd-doped CDs，TEM显示Gd-doped CDs水溶性好，在水中分散均匀，粒径大小均一，大小约为~18 nm；XRD显示Gd-doped CDs的物相结构是一个多相异质结构,结构介于石墨与氧化石墨之间；FTIR显示Gd-doped CDs表面富含羧基、羰基等亲水基团；XPS显示碳量子点颗粒主要由钆、碳、氧和钆原子组成；UV/Vis、PL显示Gd-doped CDs水中分散性好，具有良好的荧光性能；Gd-doped CDs的弛豫效率r1值为6 mM-1S-1；　　2.钆掺杂碳量子点生物相容性的表征　　不同浓度 Gd-doped CDs对 HepG2和 VSMCs细胞活性均无明显影响（p＞0.05），即使是200μg/mL培养72h后，两组细胞的细胞活性均?90％；与对照组相比，不同浓度的Gd-doped CDs（50-400μg/mL）均无明显溶血反应；Gd-doped CDs在紫外光激发光下发出较强、稳定的绿色荧光；注射Gd-doped CDs后各重要器官均对Gd-doped CDs有摄取，以脾脏和心脏对Gd-doped CDs的摄取为主，摄取量分布为：0.129 g/Kg和0.032 g/Kg；Gd-doped CDs对小鼠的重要脏器（心、肝、脾、肺、肾）无明显毒性，病理学结果显示对照组与实验组均无明显病理变化，未引起组织损伤、炎症反应。　　3.钆掺杂碳量子点的在肿瘤MRI靶向性成像中的研究　　Gd-doped CDs和商品化造影剂Gd-DTPA经小鼠尾静脉注射，各主要脏器T1-相显影均显著增强，尤其是肾脏和膀胱的信号较高；Gd-DTPA组1h后，肾脏和膀胱信号较前有所下降，6h后而无信号增强；与对照相比，Gd-DTPA组6h后各主要脏器仍有明显信号增强；皮下肝癌荷瘤小鼠经尾静脉注射Gd-doped CDs后，周围正常组织无明显区别，而肝癌部位T1信号显著增强，冠状位和横断位的RES分别达到了1.93和1.74；对于原位肝癌小鼠模型，注射Gd-doped CDs后，图像中的肝癌组织信号没有增强反而减弱，冠状位和横断位的RES分别降到了0.74和0.77；组织病理学H&E染色和免疫组化的结果均显示取材组织发生了病理变化。　　4.钆掺杂碳量子点的放疗增敏作用的实验研究　　Gd-doped CDs组对HepG2细胞增殖无明显抑制，而Gd-doped CDs结合照射组明显抑制HepG2细胞增殖（P<0.05），随着放疗剂量和Gd-doped CDs的浓度增加，HepG2细胞增殖明显受抑制，呈剂量相关性，尤其是200μg/mL的Gd-doped CDs在8Gy照射下，HepG2细胞的生存分数显著降至64.9%（P<0.05）；对照组和Gd-doped CDs组的荷瘤鼠的肿瘤体积明显增长，肿瘤体积7天增长了3倍；单纯照射组的肿瘤体积增长受抑制，约缩小了12%；Gd-doped CDs和放射联合治疗明显抑制肿瘤生长，体积明显缩小了53%。　　结论：　　1.本研究以钆喷酸葡胺(Gd-DTPA)作为钆源材料、甘氨酸作为钝化剂通过一步水热碳化法成功制备Gd-doped CDs；　　2. Gd-doped CDs的粒径大小均一，具有良好的水溶性、分散性；其内部具有异质多层的物相结构，无明显的晶格条纹，结构介于石墨与氧化石墨之间；Gd-doped CDs主要由钆、碳、氧和钆原子组成，主要官能团为羰基和羧基；具有良好的荧光性能及生物相容性；　　3. Gd-doped CDs具有较高的弛豫效率r1，具备增强MRI显像的作用。同时，由于其纳米材料所赋予的体内长滞留时间和EPR效应，Gd-doped CDs适宜肿瘤靶向性影像诊断。　　4. Gd-doped CDs具有抑制与杀伤肿瘤的作用，是一种较为理想的放疗增敏剂。

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英文缩略语表

第一章 绪论

1.1研究背景：

1.2 本研究的内容、技术路线

参考文献:

第二章 钆掺杂碳量子点的制备及表征

2.1材料

2.2方法

2.3结果

2.4讨论

参考文献：

第三章 钆掺杂碳量子点生物相容性的表征

3.1材料

3.2方法

3.3结果：

3.4讨论：

参考文献：

第四章 钆掺杂碳量子点的在肿瘤MRI靶向性成像中的研究

4.1材料

4.2方法

4.3结果

4.4讨论：

参考文献：

第五章 钆掺杂碳量子点的放疗增敏作用的实验研究

5.1材料

5.2方法

5.3结果

5.4讨论：

参考文献：

主要结论和展望

1. 主要结论

2.展望

致谢

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