納米金和納米三氧化二鐵的細胞毒性及其在癌細胞靶向治療和成像中的研究與應用.pdf

1、納米材料是指幾何尺寸小于100nm,并具有特殊性能的材料.它所特有的表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應以及宏觀量子隧道效應使之呈現(xiàn)出許多與同質單分子或大塊物體不同的光學性質、催化能力和表面化學性質,因而納米材料在生物、醫(yī)學等許多領域都具有廣泛的應用前景。然而,這些獨特的性能也使得納米材料能夠與生物體之間發(fā)生一些特殊反應而產(chǎn)生潛在的毒性,可能會給人類的健康帶來危害.因此,納米材料的生物安全性問題已經(jīng)成為現(xiàn)階段材料學和生物學共同關注和研究的

2、熱點。納米金由于其獨特的結構和光學特性而被廣泛應用于細胞標記和成像、基因檢測以及藥物輸送等.同樣,具有良好的表面化學性質和超順磁性的納米三氧化二鐵也已經(jīng)被成功用于催化、分離、核磁成像和腫瘤的磁療.但是,近年來的一些研究卻表明這兩種納米粒子具有尺寸、形貌依賴的細胞毒性,并且由于表面修飾基團和自身的催化活性會引起活性氧的過量產(chǎn)生。盡管如此,它們與生物體特別是細胞之間具體的作用機制尚不明確,關于這兩種納米粒子是如何影響和調(diào)控細胞功能的研究還比

3、較少。因此,研究它們與細胞內(nèi)小分子和蛋白質的反應機理,對細胞內(nèi)氧化還原平衡狀態(tài)和活性氧產(chǎn)生的影響,以及活性氧對細胞凋亡和腫瘤生成的調(diào)控是十分必要的。這對進一步闡明納米金和納米三氧化二鐵的細胞毒性機理以及活性氧在相關信號轉導過程中的作用機制具有非同尋常的科學意義.在此基礎上,一方面我們可以通過合理的修飾,有效的降低上述兩種納米粒子的細胞毒性,再利用各自的特性使之更好的應用于生物醫(yī)學研究。另一方面,我們也可以反向利用其細胞毒性,作為一種新型

4、的治療癌癥的方法用于誘導癌細胞的凋亡.通過將這兩種納米粒子進行組裝,并在表面修飾結合一些靶向序列或熒光基團構建多功能的復合納米材料,使其同時具有靶向、治療和成像功能,在癌癥的診斷和治療方面必將具有重要的應用前景。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、偶{米金(AuNPs)對人正常肝細胞HL7702細胞毒性的研究。通過研究AuNPs與谷胱甘肽(GSH)的反應機理,闡明了AuNPs對肝細胞HL7702內(nèi)氧化還原平衡的影響及其激活的線粒體通路中相關

5、凋亡事件的發(fā)生順序.濃度為50 nM的8 nm AuNPs處理HL7702細胞后,首先引起細胞質內(nèi)的GSH的大量減少,在12小時左右就對線粒體跨膜電位(ΔΨm)造成影響使其有所下降,開始啟動了細胞的凋亡.而大約在48小時之后,線粒體內(nèi)GSH的含量才發(fā)生明顯減少,并造成線粒體內(nèi)過氧化氫(H2O2)的含量也隨之逐漸增加.升高的H2O2引起線粒體凋亡通路中促凋亡蛋白Bax的轉運,細胞色素c的釋放以及下游凋亡蛋白caspase3的激活,HL77

6、02細胞的凋亡進一步加劇。
　?、萍{米三氧化二鐵(γ-Fe2O3)細胞毒性的反向應用。設計構建一種生物功能化的Au-Fe2O3復合納米粒子用于靶向誘導癌細胞凋亡并進行實時成像.所合成的Au-Fe2O3納米粒子兼具了Au和γ-Fe2O3的優(yōu)點,具有良好的熒光猝滅性質和催化活性。通過在Au表面修飾能夠靶向癌細胞整合素αⅤβ3受體的序列(RGD)和異硫氰酸熒光素(FITC)標記的capsase-3特異性識別序列DEVD,得到的RGD/F

7、ITC–DEVD–Au-Fe2O3復合納米粒子可以選擇性的識別肝癌細胞HepG2,催化這一細胞內(nèi)羥基自由基(OH)的生成,并且能夠實時監(jiān)測由?OH誘導的caspase-3依賴的細胞凋亡.此外,它的催化活性由于Au-Fe2O3的表面極化作用也比單獨的γ-Fe2O3有所提高.這種生物功能化的Au-Fe2O3復合納米粒子同時具有靶向、治療和成像功能,因此對癌癥的治療具有十分重要的意義。
　?、浅蹶庪x子(O2)和過氧化氫(H2O2)兩種

8、活性氧對腫瘤生成的調(diào)控作用。利用本實驗室合成的兩種熒光探針DBZTC和NFDS-1,檢測肝癌細胞HepG2的線粒體內(nèi)兩種活性氧O2和H2O2的含量,發(fā)現(xiàn)由于線粒體ND6基因突變造成其含量明顯升高,分別為0.63±0.07μM和1.13±0.05μM。通過構建攜帶完整ND6基因片段的真核表達重組質粒pcDNA3.1-ND6并轉染HepG2細胞,檢測這種未發(fā)生突變的重組HepG2細胞內(nèi)兩種活性氧含量要低很多,進一步驗證了ND6基因突變是引起