【摘要】：功能性金屬配合物和金屬藥物越來越廣泛地應用到生物醫(yī)藥領(lǐng)域,但也存在生物相容性差和無靶向性等現(xiàn)實問題。鐵蛋白作為一種普遍存在于生物體中維持體內(nèi)環(huán)境鐵平衡的金屬結(jié)合性功能蛋白,在藥物靶向遞送領(lǐng)域具有重要研究意義。本文探究了去鐵蛋白對不同類型的功能性金屬配合物和金屬藥物的有效包載方法,考察了這些蛋白納米顆粒在細胞攝取、細胞成像和癌癥治療中的潛在應用價值。本論文的內(nèi)容主要分為以下四個部分:第一部分:制備了親疏水性不同的三種釕配合物,載入去鐵蛋白形成釕-去鐵蛋白復合物,并遞送至細胞內(nèi)進行光學成像。為防止釕配合物誘導的聚集體的形成,在有機溶劑存在條件下實現(xiàn)了去鐵蛋白對一系列釕配合物的包載,而且包載量隨釕配合物疏水性的增加而提高。具有dppz配體的釕配合物(Ru-dppz)的“光開關(guān)”效應揭示了去鐵蛋白內(nèi)腔的疏水環(huán)境。釕蛋白復合物在水溶液中表現(xiàn)出規(guī)整的顆粒形狀和優(yōu)良的穩(wěn)定性。升高溫度能夠觸發(fā)釕配合物的釋放,比如在37℃,釕復合物從去鐵蛋白內(nèi)釋放的半衰期(t1/2)約6小時。細胞活性測試結(jié)果表明,去鐵蛋白包載后的釕配合物非特異性毒性顯著降低。在鐵蛋白表面修飾葉酸配體進一步增強釕蛋白復合物的腫瘤靶向能力和細胞攝取效率。上述釕配合物的遞送方法解決了疏水性金屬配合物水溶性低和生物相容性差等問題,有利于擴展鐵蛋白籠在生物醫(yī)學領(lǐng)域中的應用。第二部分:羅森黑鹽(RBS)是一種對水和光敏感的一氧化氮(NO)供體,本部分工作通過在去鐵蛋白中高載入量結(jié)合RBS構(gòu)建了 一種光控NO釋放體系。去鐵蛋白是鐵儲存蛋白,鐵配合物與去鐵蛋白,特別是去鐵蛋白內(nèi)腔,具有很好的結(jié)合親和力。去鐵蛋白寬敞的空腔中能夠容納大量RBS分子,通過屏蔽RBS與水接觸而顯著提高Fe-NO配位鍵的穩(wěn)定性,在低光照水平的水溶液或細胞中均可保持NO的光敏感性,并使細胞光毒性受光通量的調(diào)控。為了增強遞送系統(tǒng)對長波長區(qū)域的光敏感性,進一步將金屬卟啉配合物ZnPPIX與RBS共包載到去鐵蛋白籠中,鋅卟啉作為能量供體將吸收的能量轉(zhuǎn)移至RBS并誘導Fe-NO鍵的解離。由此可通過580 nm光激發(fā)多組分納米復合物實現(xiàn)NO的釋放,擴大了RBS在可見光區(qū)域的光控釋放范圍。這是一種簡單有效的遞送系統(tǒng),有望用于光控釋放氣體信號分子的研究。第三部分:3-甲基-(三嗪-1-)咪唑-4-甲酰胺(MTIC)是替莫唑胺降解的高活性中間體,也是很強的核酸甲基化試劑,我們使用銅離子與MTIC形成金屬配合物的方法,在溶液以及去鐵蛋白中實現(xiàn)MTIC的穩(wěn)定化以及可控釋放。作為治療膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)的一線化療藥物,替莫唑胺在堿性pH下快速水解、被廣泛用作MTIC的前藥。然而,在大多數(shù)情況的生理pH條件下,替莫唑胺轉(zhuǎn)化為MTIC是緩慢且低效的,這限制了替莫唑胺在其他疾病治療中的應用。在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)MTIC能選擇性地與銅離子發(fā)生配位作用并形成在生理pH的水溶液中穩(wěn)定存在的新型金屬藥物Cu-MTIC。有趣的是,該金屬藥物在蛋白環(huán)境的保護下于弱酸性和堿性條件下都具有優(yōu)良的穩(wěn)定性,同時可以被細胞中最為豐富的內(nèi)源性硫醇物質(zhì)谷胱甘肽選擇性激活。此外,通過配位相互作用可在去鐵蛋白中原位地生成金屬藥物Cu-MTIC而構(gòu)建MTIC遞送體系,該體系具有高負載效率(～92.9%)和高包載量(每分子去鐵蛋白包載185個MTIC)等優(yōu)點。并且,該遞送系統(tǒng)可以誘導替莫唑胺敏感性和耐藥性腫瘤細胞的凋亡,IC50值顯著降低;更重要的是,活體實驗結(jié)果表明其具有低肝代謝毒性、增強的腫瘤積累能力和抗癌作用。該體系在解決替莫唑胺耐藥性問題和提高GBM治療效果方面具有潛在的應用價值。第四部分:利用去鐵蛋白的銅結(jié)合能力,將去鐵蛋白作為銅離子與雙硫侖分解產(chǎn)物(二乙基二硫代氨基甲酸酯,DTC)以1:2計量比形成的配合物CuET的載體,用于DTC的抗腫瘤研究。雙硫侖是眾所周知的戒酒藥,因其與銅離子結(jié)合后的優(yōu)異抗癌作用而進入大量的臨床試驗研究。CuET在谷胱甘肽、半胱氨酸或者過氧化氫等內(nèi)源性活性分子存在下表現(xiàn)出優(yōu)異的氧化還原穩(wěn)定性。然而,CuET存在水溶性差、因缺乏靶向能力引發(fā)非特異性毒性等問題,限制了其作為藥物直接應用。我們系統(tǒng)表征了 CuET載入去鐵蛋白形成的納米復合物的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)極低濃度的復合物即可誘導多種惡性細胞凋亡。此外,通過銅的配位作用,去鐵蛋白可對阿霉素和DTC進行共包載(包載效率97%),體系中的Dox可通過GSH響應性釋放,進一步增強體系的抗腫瘤效果。上述對基于去鐵蛋白的遞送體系的研究為金屬配合物的靶向遞送以及聯(lián)合治療提供了堅實的基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O641.4;TQ460.4
【圖文】：

癌癥治療中最為成熟的金屬基化合物是鉑類金屬藥物。從配體構(gòu)建、手性分逡逑析到中心原子的氧化還原價態(tài)的開發(fā)和設(shè)計，鉑類金屬藥物已發(fā)展為金屬基藥物逡逑的一個龐大家族分支（圖１．１）。２４它們在多種癌癥中表現(xiàn)出高水平的活性，如肺逡逑癌、卵巢癌、睪丸癌、宮頸癌和胰腺癌等。６現(xiàn)今，被普遍認可的鉑類金屬藥物逡逑經(jīng)由以下三個過程產(chǎn)生抗癌活性：首先為細胞中的藥物積累，鈾類金屬藥物經(jīng)由逡逑銅轉(zhuǎn)運蛋白（ＣＴＲ１）和有機陽離子轉(zhuǎn)運蛋白（ＯＣＴ）被細胞攝�。浑S之，在細逡逑胞內(nèi)水化后形成活性產(chǎn)物，并結(jié)合亞細胞器和細胞內(nèi)相關(guān)位點；最后，細胞識別逡逑鉑類藥物產(chǎn)生的細胞損傷而誘導凋亡（圖１．２）。１１在這些過程中，鉑類金屬藥物逡逑主要通過與ＤＮＡ的不可逆性共價結(jié)合，干擾其復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯過程。另外，逡逑金屬藥物還可結(jié)合到各類細胞器，甚至會影響引發(fā)免疫反應的信號轉(zhuǎn)導通路而致逡逑２逡逑

在此背景下，為了研發(fā)更高效的新型藥物，研宄者們也致力于除鉑以外的不逡逑同種類金屬藥物的研宄，且其中一些已經(jīng)應用于臨床治療，如Ｒｕ配合物逡逑ＮＫＰ－１３３９邋（圖１．３）。在過去的２０年中，釕化合物作為一類獨特的抗癌化合物，逡逑其研宄穩(wěn)步發(fā)展。３１Ｒｕ在生理條件下具有多種價態(tài)，Ｒｕ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）和Ｒｕ（ＩＶ），逡逑可通過還原機制產(chǎn)生抗癌活性。另外，研宄發(fā)現(xiàn)Ｒｕ配合物還可與白蛋白、轉(zhuǎn)鐵逡逑蛋白受體識別性結(jié)合而進入癌癥細胞，靶向癌細胞的信號傳導通路，以此對癌細逡逑胞產(chǎn)生特異性療效。３２逡逑士。Ｊｘ＋邋ＨＶ邋Ｎａ＋逡逑ａ＞＜ａ邋ｈｎＯ逡逑ａ邋ＡＨ逡逑ＮＡＭＩ－Ａ邐ＮＫＰ－１８３９邐ＴＬＯ－１４３３逡逑圖１．３進入臨床研究的Ｒｕ類配合物的化學結(jié)構(gòu)。３３逡逑另外，Ｃｕ類金屬藥物的發(fā)展也備受關(guān)注（圖１．４ｄｈ３４Ｃｕ的常見價態(tài)為Ｃｕ（Ｉ）逡逑和Ｃｕ（ＩＩ），其可與含有Ｃ、Ｎ、０、Ｓ、Ｐ等元素的配體通過不同空間結(jié)構(gòu)形式進逡逑行絡(luò)合。３５銅基抗腫瘤藥物中，Ｃａｓｉｏｐｅｉｎａｓ？的研究和應用最為廣泛，其不僅可逡逑與ＤＮＡ結(jié)合使之斷裂降解，還可誘導細胞產(chǎn)生活性氧物種（Ｒｅａｃｔｉｖｅ邋ｏｘｙｇｅｎ逡逑ｓｐｅｃｉｅｓ

或Ｈ２0２）等細胞毒性物質(zhì)；在ＩＩ型過程中，Ｔｆ激發(fā)態(tài)的ＰＳ參與三線態(tài)氧（３0２）逡逑的能量轉(zhuǎn)移過程并產(chǎn)生高活性的單線態(tài)氧ＵＯａ），是ＰＤＴ中的主要活性物種逡逑（圖１．５）。４ＱＰＤＴ具有非侵入性、固定位點選擇性、全身性毒性低等優(yōu)點，ＰＳ逡逑僅在光照射區(qū)域被激活發(fā)揮毒性作用，可用于反復多次的治療過程而不會引發(fā)惡逡逑性細胞的抗性，并且治療部位可迅速愈合。４１過去幾十年，ＰＤＴ在臨床應用中越逡逑來越受到關(guān)注，用于治療各類實體癌癥和腫瘤。逡逑５逡逑

本文編號：2801303