特異性響應藥物載體與新型磁共振納米造影劑的構建.pdf

1、在過去的20年多中，納米技術得到了飛躍式的發(fā)展，并已應用于多個領域，尤其在生物醫(yī)藥領域影響深遠。當前，癌癥仍然是導致人類死亡的主要原因之一。據統(tǒng)計，2015年我國有280多萬人死于癌癥，成為位列榜首的健康問題。近年來科學家將納米技術與生物醫(yī)學結合起來，試圖作為解決癌癥這一難題的新的突破口。這種結合主要是在納米尺度上將化療藥物與成像劑結合在一起，達到“檢測—治療—檢測”的模式，該模式有望在很大程度上改善對癌癥的治療效果。
　　本論文

2、主要選擇了多孔納米材料和功能化的磁性氧化物作為藥物載體，以鐵基磁性納米材料與釓基螯合物或氧化物作為磁共振成像劑，將藥物載體與磁共振造影劑結合在一個納米體系上，形成多功能化的藥物傳輸與成像系統(tǒng)，并利用腫瘤組織特殊的微環(huán)境，設計并制備“智能”的納米藥物釋放系統(tǒng)來改善病變部位的治療與成像效果。通過刺激響應型納米藥物感知外界環(huán)境的變化，從而引發(fā)自身的物理或化學反應，逐漸釋放出所裝載藥物，提高藥物的治療效果。由于腫瘤組織與正常組織的生理環(huán)境存在較

3、大差異，利用這種差異（如pH值、溫度、氧化還原電位等）來設計相應的敏感型納米醫(yī)藥，能夠達到藥物定向輸送和可控釋放的需求。選擇多孔納米材料作為藥物載體，主要利用其擁有高的比表面積、高的孔隙率與孔容等特點，能夠裝載更多的藥物。本論文具體包括以下幾個工作部分:
　　1.已有研究認為多孔納米二氧化硅包裹氧化鐵納米顆粒作為藥物傳輸系統(tǒng)和成像劑有較高的應用前景，但在研究過程中也發(fā)現，表面多孔硅的存在會極大影響磁性氧化鐵納米粒子的磁共振成像效果

4、。本論文的第二章中，制備了酸敏感的網狀二氧化硅包裹氧化鐵納米粒子作為藥物載體的磁共振造影劑。首先通過溶劑熱分解方法制備了超順磁性的四氧化三鐵納米粒子，然后在其表面包裹上二氧化硅形成核殼結構，再用硼氫化鈉還原表面的二氧化硅殼，形成具有酸性響應的納米網狀結構。這種具有酸性響應的納米網狀結構與磁性四氧化三鐵納米粒子巧妙地結合，使這種納米復合材料同時具有磁共振成像與酸控釋放抗癌藥物的功能。在酸性條件下，其表面的二氧化硅會脫落，但不影響磁性氧化鐵

5、的成像效果。另外由于復合材料中磁性納米粒子的存在，通過外加磁場誘導，可以使復合納米材料到達理想的目的區(qū)域，達到磁靶向的功能。該新型納米復合材料能在靶向治療癌癥的同時提高磁共振成像信號，為癌癥治療提供新的思路。
　　2.納米材料在水中的穩(wěn)定性被認為是阻礙多種優(yōu)秀的納米醫(yī)藥應用于臨床的最關鍵問題之一。隨著納米材料的發(fā)展，用親水性有機物改性納米材料，將使納米醫(yī)藥獲得更好的水溶性，增加其在水中的穩(wěn)定性。在論文第三章中制備了以納米多孔硅為基

6、礎框架的納米藥物載體，載入臨床常用的抗癌藥物阿霉素后，將聚乙烯亞胺通過靜電作用包裹在多孔硅表面，形成酸響應的智能納米醫(yī)藥，再將葉酸靶向配體和能夠提高磁共振成像(MRI)T1信號的Gd-DTPA接枝在多孔硅表面的聚乙烯亞胺上，制備出靶向納米診療系統(tǒng)。對制備的靶向納米診療系統(tǒng)進行體外癌細胞活性測試，發(fā)現它能顯著提高抗癌藥物對于癌細胞的治療效果。通過細胞磁共振成像測試，證明了該納米醫(yī)藥能夠很好地提高細胞的T1信號，呈現出優(yōu)異的磁共振圖像。該納

7、米醫(yī)藥不僅可以實現對于癌細胞的靶向藥物治療，而且能夠通過磁共振成像對藥物的治療效果起到很好的監(jiān)控。
　　3.將雙模式成像劑與納米藥物傳輸系統(tǒng)結合起來，制備出靶向雙模式成像納米醫(yī)藥，能夠更好地實現對于藥物治療的及時評價，提高腫瘤的治療效率。在論文第四章中，我們通過溶劑熱降解反應合成了釓摻雜四氧化三鐵的磁性納米顆粒GION，該納米顆粒展現了優(yōu)良的橫向與縱向磁共振弛豫效能，適合做T1和T2雙模式磁共振造影劑。隨后通過一系列化學接枝改性，

8、在GION表面修飾上葉酸靶向配體以及抗癌藥物阿霉素生成FA-GION-DOX。體外藥物釋放實驗結果顯示，阿霉素從FA-GION-DOX納米粒子上的釋放量及釋放速率是pH敏感所依賴的。細胞毒理實驗結果顯示它能明顯抑制HeLa細胞的生長。在裸鼠體內的磁共振成像實驗顯示，該納米粒子可以顯著增強裸鼠腫瘤部位的MRI信號對比度。在活體動物實驗中，FA-GION-DOX展現了良好的腫瘤抑制效應，明顯提高了阿霉素對于腫瘤的作用?？梢灶A計這個納米藥物傳

9、輸與成像系統(tǒng)在腫瘤靶向治療與MRI診斷有很好的應用前景。
　　4.細胞內部刺激響應的藥物傳輸系統(tǒng)近年來受到越來越多的關注。在論文的第五章中，我們描述了一種酶響應的藥物控制釋放系統(tǒng)。首先利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性介孔納米二氧化硅獲得正電荷表面，氨基化的介孔硅裝載進藥物后，天然食用植物的單鏈DNA將藥物封裝在介孔硅的孔道里，包裹修飾后的多孔硅作為藥物載體。在這個實驗過程中，DNA雙鏈在高溫下會解鏈形成柔性負電荷單鏈，

10、包裹在氨基化后的介孔硅表面，單鏈DNA扮演類似于“門衛(wèi)”的作用。該系統(tǒng)的體外釋放實驗展現了其優(yōu)異的DNaseⅠ酶刺激響應釋放性能。
　　5.開發(fā)高性能磁共振造影劑，有利于多種疾病的精確診斷，已受到越來越多研究人員的關注。在論文的第六章，我們通過氧化石墨烯接枝葉酸和釓標記的樹狀高分子，合成了一種高效的T1造影劑，并進行了多項活體成像測試，包括肝臟成像、腫瘤成像以及血管造影等。本研究主要利用的是氧化石墨烯的高比表面特性，能夠較大的負載

11、釓化合物，并且延長水分子與釓化合物的接觸時間，從而能夠明顯提高T1造影劑的弛豫效能，增加圖像對比質量。與商業(yè)造影劑相比，造影劑在老鼠體內具有更長的血液滯留時間、更高效的弛豫效能以及更高的信噪比，在血管造影過程中可以獲得較長時間的造影圖像和清晰的血管網絡，有益于實現血管疾病的精確診斷。
　　6.近些年，食品安全受到了越來越廣泛的關注，對于非法食品添加劑的檢測提出了越來越高的要求。在論文的第七章中，我們開發(fā)了一種高性能的納米氧化鐵磁共

12、振造影劑，利用其磁性弛豫開關實現了對于硼酸或硼酯化合物的檢測。所謂磁性弛豫開關，即氧化鐵納米粒子在高度分散狀況下?lián)碛休^高的T2值，但其團聚體的T2值將會變低，利用這個弛豫時間變化實現化合物的檢測。在實驗中，添加硼酸或硼酯會誘導PVA@NMIO納米粒子團聚，從而導致其T2弛豫時間降低。在檢測硼酸和硼酯過程中，這個磁性弛豫開關系統(tǒng)展現了非常好的特異性以及高的敏感性。由于磁共振成像儀掃描區(qū)域大，利用磁性弛豫開關系統(tǒng)可實現對硼酸和硼酯的高通量檢