基于氧化石墨烯載藥的光熱-雙光子光動(dòng)力療法抗癌初探.pdf

1、癌癥是嚴(yán)重威脅人類健康的重大疾病之一，也是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)所面臨的難題之一。目前臨床上治療癌癥的傳統(tǒng)方法包括外科治療、放射治療、內(nèi)科治療等。而光動(dòng)力療法(photodynamic therapy，PDT)作為一種無(wú)創(chuàng)療法也越來(lái)越多地被應(yīng)用于癌癥的治療，它通過(guò)一定波長(zhǎng)的光源激發(fā)分布在癌細(xì)胞中的光敏劑(photosensitizer， PS)，將能量傳遞給周圍的氧分子產(chǎn)生活性氧物種(reactive oxygen species，ROS)，進(jìn)而和腫

2、瘤細(xì)胞內(nèi)的大分子發(fā)生氧化反應(yīng)，殺死癌細(xì)胞以達(dá)到治療目的。與外科手術(shù)相比，光動(dòng)力治療是無(wú)創(chuàng)療法，減輕了患者的痛苦。也不會(huì)產(chǎn)生化療藥物的耐藥效應(yīng)。但是，受光敏劑自身理化性質(zhì)的限制----大多只能被600-700 nm波長(zhǎng)的光源激發(fā)，這些較短波長(zhǎng)的激發(fā)光穿透力較弱不足以達(dá)到深部腫瘤發(fā)揮作用，因此光動(dòng)力療法的臨床應(yīng)用目前局限于皮膚疾病或者淺表腫瘤；再者，大部分光敏劑難溶于水且易在體內(nèi)聚集，影響其在體內(nèi)的分布及單線態(tài)氧的產(chǎn)生，進(jìn)而影響光動(dòng)力療法對(duì)

3、癌癥的治療效果。目前，新興的雙光子光動(dòng)力療法則利用雙光子吸收(two-photon absorption，2PA)化合物吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)光源的能量，通過(guò)熒光共振能量轉(zhuǎn)移(fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET)將能量傳遞給光敏劑然后產(chǎn)生單線態(tài)氧等活性氧物種。雙光子光動(dòng)力療法從理論上來(lái)說(shuō)克服了光動(dòng)力療法穿透力弱的缺點(diǎn)。氧化石墨烯(graphene oxide，GO)是石墨烯的衍生物，因?yàn)槠洫?dú)一無(wú)二

4、的光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)成為了藥物遞送、疾病診斷、組織工程和基因轉(zhuǎn)染等生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。它的單片層二維結(jié)構(gòu)擁有巨大的比表面積，易于通過(guò)π-π堆積作用裝載芳香化合物，如具有共軛芳環(huán)結(jié)構(gòu)的疏水光敏劑，提高其水溶性。并且GO的表面有很多羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧基團(tuán)，可以成為功能化修飾的位點(diǎn)，從而賦予其更大的應(yīng)用空間。
　　本研究分為三個(gè)部分：第一部分，構(gòu)建了基于氧化石墨烯的藥物傳遞系統(tǒng)。首先將 GO表面的部分羧基共價(jià)鍵合了PEG得到G

5、O-PEG，并通過(guò)原子力顯微鏡、紫外可見(jiàn)分光光度法、紅外分光光度法和表面電位等方式對(duì) GO-PEG進(jìn)行了表征。接著利用π-π堆積作用、疏水效應(yīng)等非共價(jià)作用，制備了載有PPa和BL4的復(fù)合物GO-PEG-PPa/BL4，通過(guò)紫外可見(jiàn)分光光度法、熒光分光光度法等對(duì) PPa和 BL4包封率分別進(jìn)行了測(cè)定。并且利用試劑9,10-蒽二丙酸的二鈉鹽(anthracene-9,10-dipropionic acid disodium salt，ADP

6、A)檢測(cè)了裝載前后PPa在體外溶液中單線態(tài)氧的產(chǎn)生情況。然后考察了GO-PEG-PPa/BL4在不同pH緩沖液中的體外釋放行為和GO樣品在近紅外激光(980 nm)照射下溶液的升溫行為。結(jié)果表明，載體GO-PEG對(duì)PPa和BL4實(shí)現(xiàn)了共同裝載，PPa和BL4的包封率分別是36％和30%。溶液中游離的PPa和BL4可以產(chǎn)生單線態(tài)氧，而被GO裝載后在未釋放時(shí)無(wú)明顯的單線態(tài)氧產(chǎn)生。PPa和BL4可以同時(shí)被釋放且pH對(duì)二者的釋放無(wú)明顯影響。氧化

7、石墨烯在近紅外激光的照射下，能夠吸收光能并將其轉(zhuǎn)換成熱能，即具有一定的光熱轉(zhuǎn)換能力。第二部分，研究了該載藥系統(tǒng)的體外抗癌活性。在4T1小鼠乳腺癌細(xì)胞上考察了 GO-PEG-PPa/BL4對(duì)細(xì)胞的光/暗毒性，在細(xì)胞上進(jìn)行了光照強(qiáng)度與光照時(shí)間的篩選，并用優(yōu)化條件進(jìn)行了細(xì)胞的光毒性實(shí)驗(yàn)，接著評(píng)價(jià)了細(xì)胞水平光熱-雙光子光動(dòng)力療法的效果，并且通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定了光熱-雙光子光動(dòng)力療法過(guò)程中的癌細(xì)胞凋亡率，最后考察了細(xì)胞對(duì)GO-PEG-PPa/BL

8、4的攝取情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)GO、GO-PEG和BL4對(duì)細(xì)胞均無(wú)明顯暗毒性，而通過(guò)GO-PEG裝載后，光敏劑PPa暗毒性降低。GO-PEG-PPa/BL4能夠在細(xì)胞上實(shí)現(xiàn)光熱-雙光子光動(dòng)力療法的聯(lián)合作用，GO-PEG-PPa/BL4能夠被細(xì)胞攝取且具有一定的時(shí)間依賴性。第三部分，建立了小鼠皮下乳腺癌模型并對(duì)載藥系統(tǒng)的有效性進(jìn)行了考察。首先通過(guò)對(duì)Balb/c小鼠皮下注射4T1細(xì)胞建立了小鼠的皮下乳腺癌模型，在此動(dòng)物模型上考察了載體GO-PEG在

9、體內(nèi)的分布情況，然后對(duì)腫瘤小鼠進(jìn)行了光熱-雙光子光動(dòng)力療法的有效性考察，并對(duì)小鼠的心、肝、脾、肺、腎等主要器官進(jìn)行了組織病理學(xué)觀察，此外，對(duì)小鼠腫瘤組織切片進(jìn)行了病理學(xué)和原位末端轉(zhuǎn)移酶標(biāo)記(TdT-mediated dUTP nick end labeling，TUNEL)染色。結(jié)果顯示，隨著給藥時(shí)間的延長(zhǎng)，載藥系統(tǒng)逐漸在腫瘤部位蓄積，GO-PEG-PPa/BL4給藥光照組可以有效地抑制小鼠腫瘤的生長(zhǎng)，其次是 GO-PEG給藥光照組。試