【摘要】：光動力治療(Photodynamic therapy,PDT)是一種以光、氧、光敏劑的相互作用為基礎對腫瘤等疾病進行治療的新興技術。光敏劑在特定波長光的誘導下,發(fā)生光動力反應而產生大量的活性氧,主要以單線態(tài)氧(Singletoxygen,1O2)為主。1O2能夠氧化細胞內的細胞器和生物大分子等,造成細胞損傷,進而誘導腫瘤細胞的凋亡或者壞死。與傳統(tǒng)的手術、化療、放療等治療手段相比,PDT具有侵入性小、選擇性好、副作用小等優(yōu)點,引起了大量科研工作者的研究興趣。雖然PDT具有很多的優(yōu)點,但是光敏劑的聚集、腫瘤乏氧等問題嚴重影響1O2的產率,進而影響PDT治療效果;對PDT過程中細胞內1O2的產生和分布進行實時監(jiān)測也有利于評估PDT治療效果,實現精準個性化治療。因此,我們基于多孔且透氣性好的聚合物-有機二氧化硅雜化納米載體分別構建了納米光敏劑和熒光納米探針用于1O2的高效產生及熒光檢測。主要內容和結果如下:1、負載酞菁鋅(Zinc(Ⅱ)Phthalocyanine,ZnPc)的聚合物-有機二氧化硅雜化納米顆粒(Nanoparticles,NPs)的制備和優(yōu)化�；诠渤恋�-包覆法,以聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、十二烷基三甲氧基硅烷(n-Dodecyltrimethoxysilane,DTS)為基質制備NPs,同時將不同濃度的第二代光敏劑ZnPc包埋到NPs內部,基于靜電吸附作用,得到多聚賴氨酸(Poly-L-Lysine,PLL)包覆的納米光敏劑(ZnPc-PS@SiO2@PLL-NPs)。正電性的PLL殼層不僅使得納米顆粒具有很好的生物相容性,能有效的被細胞吞噬,而且還能防止ZnPc的泄漏。此外還分別以PVK(Poly(N-vinylcarbazole))和 PFO(Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl))為聚合物基質制備了納米光敏劑(ZnPc-PVK@SiO2@PLL-NPs 和 ZnPc-PFO@SiO2@PLL-NPs)。研究了 ZnPc在三種不同聚合物基質納米顆粒中的聚集度與摻雜濃度的關系以及對1O2產率的影響。實驗結果表明:(1)對于不同基質的納米光敏劑而言,ZnPc最優(yōu)摻雜濃度為4 wt%,此時納米光敏劑具有最優(yōu)的1O2產率;(2)ZnPc在不同納米顆粒中的聚集程度不同:ZnPc在PS@SiO2@PLL-NPs中聚集度最大,此時1O2產率最低;在PFO@SiO2@PLL-NPs中聚集度最小,此時1O2產率最高。這說明具有較大剛性結構單元(剛性面結構大小PSPVKPFO)的聚合物能夠有效緩解ZnPc在納米顆粒中的聚集,從而提高1O2產率。并且在細胞和小鼠PDT實驗中,4 wt%ZnPc-PFO@Si02@PLL-NPs對腫瘤細胞的生長均表現出優(yōu)異的抑制作用。2、構建具有自攜氧功能的氟化納米光敏劑用以緩解腫瘤乏氧,提高1O2產率。考慮到氟原子取代后的光敏劑具有更好的光穩(wěn)定性和抗氧化性以及全氟碳(Perfluorocarbons,PFCs)可以用于攜帶氧氣,我們以PS為聚合物基質并使用全氟硅氧烷(PFDTS)和氟化的酞菁鋅(ZnPcF16)來替代DTS和ZnPc,構建了氟化納米光敏劑(ZnPcF16-PFDTS-NPSs)。ZnPcF16的最優(yōu)摻雜濃度為4wt%,并且與非氟化納米光敏劑(ZnPcF16-DTS-NPSs)相比,ZnPcF16-PFDTS-NPSs具有更高的溶解氧含量、增強的1O2產率和更優(yōu)的體外PDT效果,這主要得益于PFDTS為納米顆粒提供了具有攜氧能力的全氟碳鏈。3、設計了兩種類型的熒光納米探針用于實時監(jiān)測PDT誘導產生的1O2。第一類:將疏水性1O2探針1,3-二苯基異苯并呋喃(1,3-diphenylisobenzofuran,DPBF)負載到聚合物基質的雜化納米顆粒中(DPBF-PS-NPs),利用DPBF(λex=405 nm,λem=455 nm)的熒光特性檢測1O2。負載20 wt%DPBF的納米顆粒被用來實時監(jiān)測細胞內PDT過程中1O2的產生。當1O2產生時,DPBF被消耗,熒光強度下降。由于納米顆粒內核的疏水作用,其他活性氧自由基(·OH、O2·-H2O2等)不能進入到納米顆粒內部,只有以氣體形式存在的O2和1O2可以自由出入納米顆粒,這樣不僅對DPBF起到一定地保護作用,也使得該納米熒光探針對于1O2具有很好的特異性。第二類:為了提高納米探針的光穩(wěn)定性,我們以可雙光子激發(fā)的共軛聚合物PFO(λex=800 nm,λem=441 nm)為基質,基于PFO與DPBF之間的熒光共振能量傳遞,設計了可雙光子激發(fā)的熒光增強型納米熒光探針(DPBF-PFO-NPs)來檢測1O2。當DPBF濃度為20wt%時,在雙光子激發(fā)下,PFO(50wt%)在44.1 nm處的熒光幾乎完全被猝滅;隨著1O2的產生,DPBF被消耗,PFO在441 nm處的熒光逐漸增強。該納米熒光探針的光穩(wěn)定性得到大幅提升,同樣具有很好的特異性和較高的檢測靈敏度,檢測下限約為350 nM。這兩類探針都能以熒光成像的形式實時監(jiān)測細胞內光動力過程中1O2的產生,為實現精準有效的光動力治療提供支持。圖57幅,表9個,參考文獻152篇。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1;O657.3;TQ460.4
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－８邋Ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ－ｂａｓｅｄ邋ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ邋ｓｉｌｉｃａ邋ｎａｎｏｔｈｅｒａｎｏｓｔｉｃ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｏｒ邋ｃａｎｃｅｒ逡逑ｔｈｅｒａｐｙ逡逑如圖１－８所示，中國科學院上海硅酸鹽研究所步文博和施劍林課題組［２７］報道逡逑了一種基于上轉換材料與介孔二氧化硅的智能納米診療系統(tǒng)，集化療、放療和光逡逑動力治療于一體，同時可用于磁共振和上轉換發(fā)光成像（Ｍａｇｎｅｔｉｃ／ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ逡逑ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ邋ｉｍａｇｉｎｇ，邋ＭＲ／ＵＣＬ）。在這項研究中，成功的構建了以Ｇｄ上轉換納逡逑米顆粒為核心，空心介孔二氧化硅球為殼層的一種“撥浪鼓”結構尺寸為８０邋ｎｍ逡逑的納米診療系統(tǒng)，可以同時傳遞光敏劑血卟啉和放療／化療藥物紫杉醇（Ｄｏｃｅｔａｘｅｌ）。逡逑在９８０邋ｒｕｎ激光和Ｘ射線照射下，實現了化療、放療和光動力治療三種模式協(xié)同作逡逑用，可高效殺死腫瘤細胞，小鼠腫瘤體積在治療后顯著消融。逡逑１３逡逑

照能量密度下具有較好光動力治療效果。逡逑南京大學沈群東教授團隊和北卡大學顧臻教授團隊Ｍｌ合作發(fā)表了利用高分子逡逑共軛聚合物納米制劑用于提高腫瘤治療效果的相關工作，如圖１－１２所示。在該研逡逑究工作中，設計合成了一種多功能的共軛聚合物ＣＰ－ＮＩ，該聚合物中包含可在光照逡逑下產生活性氧的部分，可近紅外成像的部分以及對腫瘤乏氧響應的２－硝基咪唑逡逑１６逡逑

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本文編號：2799543