本文關(guān)鍵詞：基于超支化聚乙烯亞胺的多功能納米平臺(tái)的構(gòu)建及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用　出處：《東華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著納米材料的發(fā)展,納米材料已發(fā)展成為一門新的學(xué)科—納米技術(shù),其研究范圍包括:(1)研究納米材料的各種性質(zhì);(2)調(diào)控納米材料的尺寸、形貌;(3)設(shè)計(jì)各種具有優(yōu)異性能的納米器件,并運(yùn)用于物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。近十幾年來,納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用尤其受到人們的關(guān)注,成為目前的研究熱點(diǎn)之一,并已在藥物輸送、醫(yī)學(xué)成像、基因傳遞、生物分子檢測和組織工程學(xué)等方面取得了重要進(jìn)展。這些納米材料主要包括碳納米管、量子點(diǎn)、金屬納米顆粒、脂質(zhì)體、超支化聚合物等。在納米材料的合成、修飾和自組裝過程中,超支化聚合物起到了至關(guān)重要的作用,這主要是因?yàn)樗鼈兙哂斜砻婵尚揎椀墓δ芑鶊F(tuán),為納米顆粒的多功能化提供了可能;或者可以作為模板包裹或穩(wěn)定納米顆粒。本論文主要基于超支化聚乙烯亞胺(PEI)高分子聚合物為納米平臺(tái)構(gòu)建Computer Tomography(CT),CT/Magnetic Resonance(MR),Single Photo Emission Computed Tomography(SPECT)/CT等單模態(tài)或雙模態(tài)造影劑用于疾病的診斷,或負(fù)載抗癌藥物構(gòu)建納米藥物緩釋體系用于疾病的治療。具體工作包括:(1)聚乙二醇化PEI包裹金納米顆粒用于血池和腫瘤CT成像;(2)葉酸(FA)靶向的PEI包裹金納米顆粒用于腫瘤靶向CT成像;(3)負(fù)載釓的聚乙二醇化PEI包裹金納米顆粒構(gòu)建CT/MR雙模態(tài)造影劑用于血池和器官CT/MR雙模態(tài)成像;(4)FA靶向的PEI負(fù)載釓包裹金納米顆粒用于腫瘤靶向CT/MR雙模態(tài)成像;(5)RGD多肽修飾的PEI標(biāo)記核素99m Tc包裹金納米顆粒用于原位肝癌靶向SPECT/CT雙模態(tài)成像;(6)基于多功能PEI構(gòu)建的納米平臺(tái)用于腫瘤的靶向治療。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1)傳統(tǒng)的醫(yī)用CT造影劑是小分子的碘劑(如碘海醇),存在諸多不足之處,如血液循環(huán)時(shí)間短、成像時(shí)間窗較難把握、毒副作用大、無組織特異性等。與傳統(tǒng)的小分子造影劑相比較,基于納米顆粒的造影劑具有更長的血液循環(huán)時(shí)間,并且表面可功能化修飾,從而一方面降低材料的細(xì)胞毒性,另一方面賦予其組織特異性。由于金元素比碘元素具有更高的X-射線衰減系數(shù),金納米顆粒(Au NPs)具有更好的CT成像能力。因此我們在PEI表面修飾聚乙二醇(m PEG),用來提高納米材料的穩(wěn)定性和生物相容性,并以此為模板,利用硼氫化鈉還原法,調(diào)控金鹽與PEI投料摩爾比,合成一系列不同尺寸的Au PENPs(PEI-entrapped Au NPs)。所制備的Au PENPs粒徑較小(1.9-4.6 nm)、分布均勻、晶格清晰,具有良好的膠體穩(wěn)定性(金鹽/PEI投料摩爾比小于300)和生物相容性,以及較長的血液循環(huán)時(shí)間(t1/2=11.2 h)。在相同的金或碘濃度下,該Au PENPs的X-射線衰減系數(shù)比碘海醇高。體內(nèi)CT成像效果良好,靜脈給藥之后,我們能清楚地看見下腔靜脈、左右側(cè)腎靜脈、骼總動(dòng)脈等,并且成像時(shí)間較長,超過75 min。同時(shí)通過EPR(enhanced permeability and retention effect)被動(dòng)靶向效應(yīng),也可用于皮下瘤的CT造影。通過組織分布和病理切片實(shí)驗(yàn)證實(shí)該Au PENPs可以逐步代謝到體外,具有良好的器官相容性。2)在上述研究的基礎(chǔ)上,我們在Au PENPs表面修飾FA,賦予其主動(dòng)靶向(腫瘤)功能。所制備的FA-Au PENPs粒徑為2.1nm,分布均勻,具有良好的膠體穩(wěn)定性(金鹽/PEI投料摩爾比為200)和生物相容性。體外細(xì)胞吞噬和成像實(shí)驗(yàn)證實(shí)制備的FA-Au PENPs靶向識(shí)別高葉酸受體表達(dá)的癌細(xì)胞。體內(nèi)皮下瘤CT成像實(shí)驗(yàn)證實(shí)制備的FA-Au PENPs比無FA修飾的Au PENPs在腫瘤部位有更多的富集,具有更高的CT信號(hào)值,說明由于FA介導(dǎo)的主動(dòng)靶向效應(yīng),我們制備的FA-Au PENPs具有良好的體內(nèi)靶向CT成像功能。另外,FA-Au PENPs能被小鼠逐步代謝,在體內(nèi)具有良好的器官相容性。3)單一的CT成像很難滿足腫瘤早期診斷對(duì)靈敏度和精確度的要求,因此我們設(shè)想在PEI表面螯合釓離子用于T1 MR成像,內(nèi)部包裹Au NPs用于CT成像,構(gòu)建CT/MR雙模態(tài)成像造影劑。具體思路是:先在PEI表面修飾m PEG,后修飾釓螯合劑(DOTA),以此為模板包裹Au NPs和螯合釓離子,最后乙�；疨EI表面剩余氨基,制備CT/MR雙模態(tài)造影劑Gd-Au PENPs。該Gd-Au PENPs粒徑為4.0 nm,具有良好的膠體穩(wěn)定性和生物相容性。由于釓離子與金原子在X-射線衰減上的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng),所以該Gd-Au PENPs比單獨(dú)的Au PENPs具有更高的X-射線衰減系數(shù)。但是Au NPs的存在會(huì)干擾質(zhì)子交換速率,會(huì)影響T1弛豫率,但影響不大,Gd-Au PENPs弛豫率仍可達(dá)到0.89 m M-1s-1,不含Au NPs的PEI.Ac-m PEG-DOTA(Gd)的弛豫率為1.0m M-1s-1。對(duì)于體內(nèi)CT成像,小劑量靜脈注射可用于靜脈的顯影,動(dòng)脈不顯影。而大劑量靜脈注射可以看見豐富的血管信息,有助于血池成像的研究;但對(duì)于體內(nèi)MR成像,由于MR成像的靈敏度遠(yuǎn)高于CT成像,所以不管是小劑量還是大劑量靜脈注射,我們都能同時(shí)觀察到靜脈和動(dòng)脈顯影,只是大劑量注射具有更高的血管顯影分辨率。4)在上述研究的基礎(chǔ)上,我們在Gd-Au PENPs表面修飾FA分子,研究其在腫瘤部位的靶向CT/MR雙模態(tài)成像功能。細(xì)胞吞噬實(shí)驗(yàn)表明該納米顆粒具有良好的體外靶向性。體內(nèi)皮下瘤的CT和MR成像實(shí)驗(yàn)表明該納米顆粒在體內(nèi)具有良好的靶向CT和MR雙模態(tài)成像功能,比無FA修飾的納米顆粒具有更高的CT值和MR信號(hào),再次證明了FA介導(dǎo)的主動(dòng)靶向效應(yīng)。5)CT和MR成像都屬于結(jié)構(gòu)成像,只能獲得解剖學(xué)信息,而Positron Emission Tomography(PET)和SPECT成像屬于功能成像,能獲得腫瘤診斷的生理生化信息。如果將結(jié)構(gòu)成像和功能成像有機(jī)結(jié)合起來,將能獲得腫瘤部位更加全面豐富的診斷信息,有利于提高癌癥早期診斷的準(zhǔn)確度。所以在前面研究的基礎(chǔ)上,本章通過在PEI表面修飾DTPA標(biāo)記99m Tc用于SPECT成像,內(nèi)部包裹Au NPs用于CT成像。同時(shí)在PEI表面修飾靶向分子RGD(Arginine-glycine-aspartic acid)多肽,研究其對(duì)原位肝癌的主動(dòng)靶向功能。該納米顆粒粒徑為2.6 nm,分布均勻,具有良好的膠體穩(wěn)定性和生物相容性。細(xì)胞免疫組化實(shí)驗(yàn)說明HCC-LM3細(xì)胞(一種原位肝癌細(xì)胞)表面擁有αvβ3整合素高表達(dá)受體。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)果表明,RGD-Au PENPs對(duì)于αvβ3整合素高表達(dá)細(xì)胞HCC-LM3細(xì)胞具有良好的靶向效果,體內(nèi)CT/SPECT成像表明該納米顆粒具有良好的成像效果和原位靶向肝癌能力。6)以上主要研究的是分子影像,即利用納米顆粒用于疾病的診斷。而PEG化PEI(PEG-PEI)內(nèi)部具有良好的結(jié)構(gòu)疏水空腔,可以有效包裹疏水性藥物阿霉素(DOX),構(gòu)建藥物緩釋體系,提高疾病治療的效果。每個(gè)PEG-PEI高分子內(nèi)部包裹6.9個(gè)DOX,DOX上載效率為69%。該納米藥物緩釋體系顯示出良好的水溶性,并且具有一定的p H響應(yīng)性,即在酸性(p H 5.0,51%)條件下釋放的DOX量比弱堿性(p H 7.4,31.5%)條件下的要高。另外,該納米藥物緩釋體系在體外、體內(nèi)都具有良好的靶向抗癌能力。更重要的是,體內(nèi)毒性實(shí)驗(yàn)證實(shí)該藥物緩釋體系具有良好的生物相容性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;R318

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本文編號(hào)：1351628