亞細胞水平靶向的納米材料的設(shè)計、制備與應(yīng)用.pdf

1、納米材料與細胞的相互作用是納米醫(yī)學(xué)的重要問題，研究納米材料在亞細胞水平上的分布對于理解納米材料與細胞的相互作用以及納米材料的臨床應(yīng)用具有重要的推動作用。納米材料的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)（如尺寸、形狀和柔性等）與表面性質(zhì)（如荷電性和親疏水性等）等是影響納米材料在亞細胞水平上分布的主要因素。具體來講，通過調(diào)節(jié)納米材料的結(jié)構(gòu)或表面性質(zhì)等參數(shù)，可以有效調(diào)控納米材料與細胞膜的相互作用、納米材料的細胞內(nèi)吞途徑、納米材料的細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運以及納米材料與細胞器（或亞

2、細胞水平上生物分子）的相互作用。本論文首先總結(jié)了納米材料與細胞相互作用的影響因素（偏細胞膜），然后列舉了亞細胞水平靶向的納米材料的制備策略和最新研究進展，最后分別闡述了具有細胞核和溶酶體靶向功能納米材料的設(shè)計策略與制備方法，并對兩類納米材料的生物活性和應(yīng)用進行了研究。主要包括以下兩個部分:
　　1.低pH下解離的寡聚賴氨酸/銥(Ⅲ)復(fù)合物納米粒子的細胞核靶向
　　設(shè)計并合成了一種寡聚賴氨酸/銥(Ⅲ)的有機-無機復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)該

3、復(fù)合物在中性水中可形成一種動力學(xué)控制的大尺寸的納米組裝體(LINP，約128 nm)。在酸性pH下(pH4.0-6.0)，LINP解離成為小尺寸的納米粒子（約28 nm）。當LINP與HeLa細胞共培養(yǎng)時，LINP能夠迅速被HeLa細胞攝取，并在細胞內(nèi)的酸性環(huán)境中（如內(nèi)涵體和溶酶體等）解離成為小尺寸的納米粒子。小納米粒子可有效逃脫細胞內(nèi)吞途徑而進入細胞質(zhì)中。在表面寡聚賴氨酸的介導(dǎo)下，細胞質(zhì)中的小納米粒子經(jīng)由細胞核孔復(fù)合物進入并特異性地在

4、細胞核內(nèi)聚積。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，細胞核內(nèi)的DNA可通過靜電引力與小粒子相互作用，促使小粒子在細胞核內(nèi)釋放具有高細胞毒性的銥的復(fù)合物。毒理研究表明，LINP可有效引起癌細胞的凋亡，凋亡過程依賴于Caspase-3途徑。
　　2.熒光素-寡聚4-乙烯基苯基磷酸/金納米探針的溶酶體特異性標記以及在細胞外酸化誘導(dǎo)的溶酶體細胞內(nèi)遷移方面的應(yīng)用研究
　　設(shè)計并合成了具有酯酶響應(yīng)性和細胞膜表面清道夫受體可識別的陰離子型熒光素-寡聚4乙烯基

5、苯基磷酸分子，將該分子修飾在16-nm金球的表面，制備得到納米探針(Au@OVP-Fluo)。由于中心金納米粒子對殼層熒光素的淬滅，Au@OVP-Fluo不發(fā)射熒光;然而，當環(huán)境中存在酯酶時，酯酶將水解釋放殼層的熒光素，從而消除了中心金納米粒子對熒光素的熒光淬滅，導(dǎo)致納米探針的熒光呈現(xiàn)顯著的增強。當與DU145細胞共培養(yǎng)時，Au@OVP-Fluo被細胞表面清道夫受體識別，經(jīng)由質(zhì)膜微囊/肌動蛋白微絲途徑進入細胞并顯著蓄積在溶酶體中。由于溶

6、酶體是整個內(nèi)吞途徑中唯一含有多種水解酶的場所，位于溶酶體內(nèi)的Au@OVP-Fluo發(fā)射較強的熒光，從而特異性地標記出了細胞內(nèi)的溶酶體。Au@OVP-Fluo是第一個基于納米粒子和溶酶體水解酶響應(yīng)的活細胞溶酶體特異性探針。
　　進一步的研究發(fā)現(xiàn)，對于多種類型的癌細胞(DU145、MCF-7和HeLa)而言，當細胞外環(huán)境為中性時(e.g.，pH7.34)，細胞內(nèi)的溶酶體均分布在細胞核附近區(qū)域，且分布較為集中。然而，當細胞外環(huán)境pH降低