基于金納米棒的生物傳感與癌癥的光熱治療研究.pdf

1、金納米棒(AuNRs)由于獨特的形狀、光學性質(zhì)、光熱特性等，在生化傳感、藥物測定、基因檢測、免疫分析、體內(nèi)成像、光熱醫(yī)療等方面已經(jīng)得到了廣泛的關注。但在AuNRs的發(fā)展中還存在一些問題，例如：很多研究者只是將AuNRs組裝成特定的形狀而并沒有將其進一步應用、在眾多的生化傳感體系中可視化檢測比較少見、在暗場成像中的對比度不強、光熱治療效率很高但靶向性不強等。本文針對上述存在的問題，借助于現(xiàn)代光學測試與成像技術，拓展了AuNRs的應用，為A

2、uNRs在生化分析、細胞成像及癌癥治療領域的應用提供了一定的理論和實驗依據(jù)。具體內(nèi)容包括下列兩個部分
　　 1.AuNRs在生化小分子檢測中的研究以及在細胞成像中應用
　　 包括3個方面的內(nèi)容：
　　 (1)基于Eu3+和賴氨酸誘導的AuNRs頭碰頭可控組裝，發(fā)展了一種簡單快速、高選擇性的可視化測定賴氨酸的方法。在Britton-Robinson緩沖(pH6.0)中，Eu3+和COO-根的配位作用以及MUA的CO

3、O-和賴氨酸的NH3+之間的靜電作用誘導巰基十一酸(MUA)修飾的AuNRs發(fā)生了組裝。吸收光譜、電子掃描電鏡和動態(tài)光散射測定結果表明，AuNRs形成了頭碰頭的鏈狀組裝體，引起了縱向吸收波長的紅移和溶液顏色由紅到藍的改變。重要的是，AuNRs縱向波長的紅移與賴氨酸的濃度成線性關系，線性范圍為5.0x10-6-1.0×10-3mol/L，理論檢測限為1.6×10-6mol/L(3σ/k)。AuNRs的縱向波長位移對賴氨酸具有很高的選擇性，

4、從而實現(xiàn)了食品樣品中賴氨酸的快速、高選擇性、可視化檢測。
　　 (2)基于腺苷和核酸適配體(aptamer)識別誘導的AuNRs肩并肩可控組裝，建立了以AuNRs為光學探針的等離子體共振光散射法測定腺苷的方法。腺苷和aptamer之間的分子識別能夠引起aptamer的結構從單鏈轉化成G-折疊。實驗發(fā)現(xiàn)，AuNRs表面的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的正電荷和G-四折疊結構外面裸露的磷酸根的負電荷之間的靜電作用導致AuNRs進行

5、了肩并肩組裝。由于納米顆粒的等離子體共振耦合，這種肩并肩組裝能夠引起AuNRs的縱向等離子體共振吸收(PRA)藍移和等離子體共振光散射(PRLS)信號增強?；谠鰪姷腜RLS信號，建立了一種簡單的、高選擇性和高靈敏度檢測腺苷的方法，線性范圍4.0-80.0 nmol/L，檢測限是2.0nmol/L。這種方法是光學方法測定腺苷的較靈敏的方法，而且成功應用于SD小鼠腦漿中腺苷磷酸鹽的檢測，實驗結果與高效液相色譜法(HPLC)方法非常吻合。<

6、br>　　 (3)碘增強的散射光在細胞暗場成像中的應用。實驗設計并研究了金核銀殼納米棒(Au@Ag NRs)與碘的相互作用并將其作為造影劑應用于細胞的暗場成像。X-射線衍射(XRD)和X-射線光電子能譜(XPS)結果顯示，Au@Ag NRs在碘的作用下形成了Au@Ag@AgI NRs三層核殼結構，導致縱向等離子體共振吸收光譜的紅移和散射光的增強。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Au@Ag@AgI NRs成功地應用于人宮頸癌細胞(HeLacells)的

7、暗場成像。實驗結果顯示，Au@Ag@AgI NRs能夠進入細胞的細胞質(zhì)中，但是納米材料本身對細胞沒有很明顯的生物毒性，且能夠保持Au@Ag NRs的抑菌活性。這些結果為納米材料在科學和醫(yī)學的應用提供了可能性。
　　 2.AuNRs-核酸適配體復合物在癌癥治療中的應用
　　 包括以下三個方面：
　　 (1)AuNRs-aptamer的復合物用于前列腺癌癥干細胞的選擇性治療。我們成功篩選了兩種aptamers，分別為

8、CSC1和CSC13。前者選擇性地結合DU145前列腺癌細胞，后者選擇性結合前列腺癌細胞中的癌癥干細胞。研究發(fā)現(xiàn)，CSC1和CSC13分別修飾到AuNRs的表面后，在近紅外(NIR)激光光源的照射下能特異性識別和殺死癌細胞和癌癥干細胞。雖然癌癥干細胞在癌細胞中只占很小的比例，但是在NIR激光照射之后，整個細胞群體的活性大大降低，說明腫瘤的擴散和惡化可以通過該法得到控制，為早期的癌癥診斷和治療提供了新的方法。
　　 (2)光敏分子

9、與AuNRs復合物用于光熱治療(PTT)和光動力學治療(PDT)的聯(lián)合治療。光敏試劑二氫卟吩(Ce6)標記的短DNA鏈通過與白血病T細胞的aptamer-Sgc8雜交而連接到AuNRs的表面，此組合體被用來識別癌細胞并用于有效的。PTT/PDT。具體地，當不存在靶細胞時，光敏分子Ce6因被AuNRs表面猝滅而沒有光學活性；當存在靶細胞時，DNA鏈構象發(fā)生改變，短DNA鏈被釋放，這時光敏分子Ce6在光照下可用于PDT，同時光熱試劑AuNR

10、s可以用來識別癌細胞并在近紅外(NIR)激光照射下用于PTT。此外，AuNRs不僅用于PTT，而且可用來運輸和激活光敏分子。重要的是，通過光敏分子和光熱試劑的組合，PTT/PDT雙治療模式比單獨的PTT或者PDT的治療模式提供了更高的醫(yī)療效果。由于aptamer的高選擇性的優(yōu)點，該法對識別靶細胞具有很高的選擇性和特異性。期望這種PDT/PTT策略能夠成為一種臨床上識別和治療癌癥的通用方法。
　　 (3)核酸適配體開關探針與光敏試

11、劑在金納米棒表面的組裝用于癌細胞的識別和治療。實驗設計了一種可控的DNA鏈內(nèi)開關式的核酸適配體探針(ASP)，一端修飾了光敏試劑二氫卟吩(Ce6)，另一端連接光熱試劑AuNRs。當沒有靶細胞時，光敏試劑的熒光被AuNRs表面猝滅，不顯示PDT效果；當靶細胞存在時，ASP的結構改變使Ce6遠離AuNRs的表面，在光的照射下，Ce6產(chǎn)生的單線態(tài)氧可以用于PDT。每個AuNR可以連接許多AAP-Ce6分子，所以會同時將多個光敏分子帶入到靶細胞

12、中。與ASP-Ce6探針相比，AuNRs-ASP-Ce6提高了與靶細胞結合的效果。此外，AuNRs-ASP-Ce6復合體在近紅外(NIR)激光的照射下也可用于PTT。與PTT或者PDT單一治療模式相比，這種多模式的治療方式提供了明顯增強并且相互促進的治療效果，期望可以推廣到其他癌癥的治療中。
　　 上述研究表明，以AuNRs為探針建立了快速、免標記、可視化、選擇性好、靈敏度高的檢測生物小分子的方法，具有很好的應用前景；而將AuN