生物體內(nèi)的許多微量金屬元素在許多生物過程中起著至關(guān)重要的作用比如酶調(diào)節(jié),神經(jīng)信號(hào)傳遞,基因表達(dá),細(xì)胞代謝和免疫功能等。而當(dāng)這些金屬元素(如鋁)在體內(nèi)濃度失衡后會(huì)使生物體功能發(fā)生紊亂,進(jìn)而導(dǎo)致很多嚴(yán)重疾病。有的重金屬元素比如鐵,銅,鋅與癌癥的發(fā)生,發(fā)展以及轉(zhuǎn)移有關(guān)。因此,開發(fā)一種分析方法來實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)金屬離子的檢測(cè)尤其是能夠在細(xì)胞內(nèi)金屬離子成像是非常重要的。一些已經(jīng)報(bào)道過的熒光探針用于檢測(cè)金屬離子時(shí)是在有機(jī)溶劑中,或是有機(jī)溶劑和水的混合溶劑中進(jìn)行。這些限制了它們?cè)谒械膶?shí)際應(yīng)用以及阻礙了在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用,特別是細(xì)胞內(nèi)金屬離子成像應(yīng)用�，F(xiàn)在大多數(shù)的努力是制備小分子探針,可它們制備復(fù)雜,細(xì)胞攝取低且有細(xì)胞毒性,限制了生物方面的應(yīng)用。相比較于小分子材料,熒光納米膠束由于有優(yōu)越的穩(wěn)定性和良好的水分散性以及生物相容性獲得極大關(guān)注。尤其是熒光聚合物膠束備受歡迎。因?yàn)榫酆衔锝Y(jié)構(gòu)、形態(tài)和大小更容易以及更可行地通過共價(jià)或非共價(jià)方法得到優(yōu)化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多功能化來滿足應(yīng)用的需要。熒光聚合物膠束表現(xiàn)出較好的細(xì)胞攝取,這在細(xì)胞成像的應(yīng)用中是有前途的。此外,熒光聚合物膠束的參數(shù)如組成、粒徑、表面性質(zhì)、形貌等都能顯著地影響體內(nèi)血液循環(huán)、生物分布、細(xì)胞內(nèi)化、細(xì)胞成像。因此,為了更好地實(shí)現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,在設(shè)計(jì)和制備聚合物膠束時(shí),仍然需要考慮這些參數(shù)的可調(diào)性。過渡金屬螯合劑(鐵,銅,鋅)可以通過控制這些金屬離子在腫瘤內(nèi)的水平來達(dá)到抑制腫瘤生長(zhǎng)的目的。由于熒光聚合物膠束有良好的長(zhǎng)循環(huán)和腫瘤富集,作為這些金屬的螯合劑用作抗癌治療將是有效的。基于此,本文制備了一系列高選擇性和高敏感性的熒光納米膠束不僅在水中檢測(cè)金屬離子,還能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞內(nèi)金屬離子成像。同時(shí)研究了熒光聚合物膠束粒徑和形貌對(duì)細(xì)胞攝取,細(xì)胞成像,血液循環(huán)時(shí)間以及抗癌效果的影響。具體工作包括以下五個(gè)部分:1、主要介紹了傳統(tǒng)熒光探針和基于聚集誘導(dǎo)發(fā)光探針的特點(diǎn),與金屬離子的作用機(jī)理以及應(yīng)用。還介紹了納米粒子的理化性質(zhì)對(duì)細(xì)胞攝取,血液循環(huán)及體內(nèi)分布的影響。此外,還包括金屬螯合劑在癌癥治療中的作用。2、通過運(yùn)用溶劑揮發(fā)法將一種疏水性的希夫堿熒光探針(Dye)成功封裝到DSPE-PEG膠束中,獲得熒光納米膠束(DSPE-PEG-Dye),改善了探針的水溶性和生物相容性。它在水中檢測(cè)Al3+離子表現(xiàn)出高選擇性和敏感性。而且DSPE-PEG-Dye在水中,PBS緩沖溶液中和細(xì)胞培養(yǎng)基中保存1個(gè)月都很穩(wěn)定。它可以作為一個(gè)可逆地A13+熒光探針且有較低的檢測(cè)限。此外,此熒光納米膠束在工作濃度范圍對(duì)HeLa細(xì)胞沒有表現(xiàn)出毒性,并有良好的細(xì)胞內(nèi)在化,可以用于活細(xì)胞中A13+離子成像。3、首先制備了一個(gè)兩親性的希夫堿類聚合物mPEG-Dye,它可以在水中自組裝形成膠束mPEG-Dye。此熒光膠束在水中檢測(cè)A13+離子表現(xiàn)出較高靈敏度和選擇性。為了更好地實(shí)現(xiàn)在活細(xì)胞中成像Al3+離子,將聚合物mPEG-Dye和DSPE-PEG2000-biontin,通過薄膜水化法獲得了有靶向的膠束mPEG-Dye-Biotin。生物素的加入不影響mPEG-Dye-biotin在水中選擇性地檢測(cè)Al3+離子。這兩種熒光探針mPEG-Dye和mPEG-Dye-Biotin對(duì)HeLa細(xì)胞毒性很小,具有良好的生物相容性。此外它們都可以在細(xì)胞內(nèi)成像鋁離子,但是有生物素靶向的mPEG-Dye-Biotin對(duì)HeLa細(xì)胞有主動(dòng)靶向作用,被細(xì)胞攝取量高于沒有靶向的mPEG-Dye,有更多的機(jī)會(huì)與Al3+離子螯合,可以更好的實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)A13+離子成像。4.合成一個(gè)具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)的兩親性聚合物即mPEG2K-AIE,且通過渦旋分散自組裝法制備了 AIE2KS26膠束。此熒光膠束可以實(shí)現(xiàn)在水中對(duì)Zn2+離子的選擇性識(shí)別,并且此過程迅速完成。在此基礎(chǔ)上,為了更好地實(shí)現(xiàn)在活細(xì)胞中成像Zn2+離子,將聚合物mPEG2K-AIE和DSPE-PEG2000-Biontin,通過薄膜水化法獲得了有生物素靶向的膠束AIE2KS26-Biotin。它也能夠在水中檢測(cè)Zn2+離子。膠束AIE2KS26和AIE2KS26-Biotin對(duì)HepG2細(xì)胞毒性很小,具有良好的生物相容性,且都可以在細(xì)胞內(nèi)成像鋅離子,但是由于AIE2KS26-Biotin對(duì)HepG2細(xì)胞有主動(dòng)靶向作用,細(xì)胞攝取量提高,增加了與Zn2+離子螯合,可以更好的用于活細(xì)胞中Zn2+離子成像。5、我們利用上一章的合成方法制備了三個(gè)具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)的兩親性聚合物即mPEG2K-AIE,mPEG1K-AIE和mPEG5H-AIE,它們有相同的疏水端十六烷基,而親水端聚乙二醇的分子量不同。隨后將這三個(gè)聚合物分別通過運(yùn)用三種不同方法來制備膠束,最后獲得了八個(gè)不同粒徑和形貌的膠束,但電勢(shì)電位都很相似。它們都有較低的臨界膠束濃度(CMC),并且在生理環(huán)境下表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。此外這些膠束對(duì)HepG2細(xì)胞是無毒的。隨后研究這八個(gè)膠束的粒徑和形貌對(duì)細(xì)胞攝取,細(xì)胞成像和長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間的影響。最后篩選出AIE2KS19和AIE2KS26有較好的長(zhǎng)循環(huán)性能,同時(shí)利用它們和Cu2+,Fe3+,Zn2+離子螯合的能力,來研究體內(nèi)抗腫瘤效果。結(jié)果表明這兩個(gè)膠束表現(xiàn)出良好的抗腫瘤效果且AIE2KS19的抑制腫瘤生長(zhǎng)的能力更強(qiáng)一些。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;R730.5
【部分圖文】：

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本文編號(hào)：2833826