组织蛋白酶激活近红外荧光淬灭纳米粒子探针用于肿瘤靶向成像

摘要

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，是自然界中含量最丰富，分布最广的一种生物聚合物。纤维素是植物细胞壁的主要组成成分，在植物生长的过程中起着机械支撑的作用。纤维素在农业和工业中的应用非常广泛，例如，纤维素广泛应用于造纸、纺织和可再生能源的开发应用。纤维素含量是纤维素应用中一项非常重要的参数。纤维素一般很难分离，与半纤维素、木质素和果胶结合在一起形成非常复杂的晶体形貌，其结合方式和含量对植物的品质影响很大。因此，纤维素的定量分析是一项非常有意义的工作。目前，行业内定量纤维素的标准方法是化学方法，即通过破坏性的降解纤维素来进行定量分析。化学方法涉及到繁琐的萃取和分离过程，不仅耗时，而且造成环境污染。因此，发展快速，准确和环保的波谱方法定量纤维素显得尤为迫切。
　　固态13C交叉极化鹿角旋转核磁共振(13C CP/MAS NMR)技术是表征多糖结构和序列的一种重要工具。交叉极化(CP)和魔角旋转(MAS)技术在固态核磁共振中的应用有效的消除了化学位移各向异性和偶极相互作用对固态核磁共振谱峰的影响，有效地提高了固态核磁共振谱峰的分辨率和灵敏度。波谱去卷积技术通过曲线拟合能够实现分离重叠峰的干扰，从而提高固态核磁共振谱峰定性和定量分析的准确性。我们将13C交叉极化魔角旋转核磁共振与波谱去卷积技术相结合发展了一种快速、高效、准确和环保的定量分析纤维素的方法。该方法成功的应用于不同纤维束含量烟草样品的定量分析。
　　在临床研究中，发展有效的肿瘤检测和成像技术对于癌症的发现和治疗尤为关键，能够实现癌症的早期检测和提高癌症治疗的存活率。近红外荧光成像技术由于其在700-900nm波段能够有效的减小组织的吸收，散射和自发荧光而引起广泛的关注和研究。有机荧光探针由于具有良好的生物兼容性被广泛的应用于肿瘤的成像研究。功能纳米粒子由于其高的比表面积，易于修饰一系列的荧光基团等优势也被广泛的应用于肿瘤的成像研究，并取得了较好的效果。纳米粒子探针可利用增强渗透性和保留效应(EPR)实现肿瘤的被动靶向运输。由于增殖，发展和侵袭的需要，肿瘤细胞内的很多种酶相对于正常细胞具有较高的表达量。因此，在设计探针时靶向这些酶是一种很好的肿瘤成像策略。大量的研究表明，很多的肿瘤细胞表面生物素受体相对于正常细胞具有异常高的表达水平，因此在设计探针的过程中可以连接生物素来靶向肿瘤细胞。
　　相对于荧光“Turn-Off”过程，荧光“Turn-On”具有更高的信噪比，因而具有更高的灵敏度。实现荧光“Turn-On”的办法通常利用荧光共振能量转移原理(FRET)，即用酶切劈开淬灭基团和荧光基团之间的连接，或者是荧光基团和荧光基团之间的连接来实现荧光的点亮过程。此外，最近十年还有利用酶切光致聚集诱导发光(ALE)原理来实现荧光的“Turn-On”过程。
　　本论文基于2-氰基苯并噻唑(CBT)和D-半胱氨酸(D-cysteine)之间的点击反应，以生物素作为靶向，设计了一种组织蛋白酶激活荧光淬灭纳米粒子探针用于肿瘤靶向性成像研究。这种纳米粒子探针本身就具有识别生物素受体高表达的肿瘤细胞能力，从而实现肿瘤的主动靶向。被靶向的肿瘤细胞摄取后，在细胞内强劲的组织蛋白酶作用下，激活和解组装荧光淬灭的纳米粒子，实现肿瘤的高灵敏近红外成像。该探针成功的应用于体外细胞成像和体内小鼠肿瘤模型的成像研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纤维素定量的意义

1．2 13C交叉极化魔角旋转核磁共振

1．3 波谱去卷积技术

1．3．1 MestRNova去卷积

1．3．2 PeakFit去卷积

1．4 CBT-Cys点击反应

1．4．1 CBT-Cys点击反应与肿瘤成像

1．4．2 CBT-Cys点击反应与抗癌药物

1．4．3 CBT-Cys点击反应与水凝胶的合成

1．5 近红外荧光(NIR)成像进展

1．5．1 NIR探针检测细胞凋亡

1．5．2 NIR探针检测炎症

1．5．3 NIR探针肿瘤成像

1．5．4 荧光指导肿瘤切除技术

1．6 本论文的设计思想及研究内容

1．6．2 组织蛋白酶激活近红外荧光淬灭纳米粒子探针用于肿瘤靶向成像研究

参考文献

第二章 13C CP／MAS NMR快速定量烟草中纤维素的含量

2．1 引言

2．2 本课题的提出和实验设计

2．3 实验材料与方法

2．3．1 实验试剂和仪器

2．3．2 化学方法

2．3．3 固态核磁共振仪器条件

2．3．4 内参材料的设计

2．3．5 波谱去卷积

2．3．6 工作曲线的绘制

2．4 结果与讨论

2．4．1 化学方法的准确性评估

2．4．2 内参材料的选择与NMR转子的设计

2．4．3 纤维素的13C CPMAS NMR谱图

2．4．4 波谱去卷积分峰拟合

2．4．5 13C CP／MAS NMR定量分析

2．5 本章小结

参考文献

第三章 组织蛋白酶激活近红外荧光淬灭纳米探针用于肿瘤靶向成像

3．1 引言

3．2 本课题的提出与实验设计

3．3 实验材料与方法

3．3．1 实验试剂与仪器型号

3．3．2 细胞实验

3．3．3 化合物的合成与表征

3．4 结果与讨论

3．4．1 纳米粒子探针设计原理

3．4．2 体外酶活性的近红外荧光纳米粒子探针检测

3．4．3 纳米粒子探针细胞内NIR成像

3．4．4 纳米粒子探针动物体内NIR成像

3．5 本章小结

参考文献

第四章 总结与展望

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果