發(fā)布時間：2020-03-20 07:10

【摘要】：惡性腫瘤是造成我國居民死亡的主要原因之一,早發(fā)現(xiàn)、早治療是提高腫瘤治療指數(shù)、延長患者生存期的關(guān)鍵。納米技術(shù)的快速發(fā)展,為腫瘤的早期診斷和有效治療提供了一種有效的手段。鐵凋亡(Ferroptosis)作為一種新型鐵依賴的、能夠有效殺滅腫瘤細胞的細胞死亡通路,近年來受到了各國科研工作者的廣泛關(guān)注。當鐵基納米材料被腫瘤細胞攝取后,可以在腫瘤細胞內(nèi)釋放鐵離子,導致腫瘤細胞內(nèi)鐵離子濃度升高從而進一步提高細胞內(nèi)芬頓反應(Fenton reaction)效率,進而提高細胞內(nèi)活性氧(ROS,Reactive oxygen species)水平和細胞內(nèi)的脂質(zhì)氧化水平,最終導致細胞死亡。最新的研究發(fā)現(xiàn),除了鐵基納米材料可以通過提高胞內(nèi)鐵離子濃度而引起鐵凋亡之外,通過抑制細胞內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)的活性,也能夠增加細胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化水平,最終引起細胞鐵凋亡。這為設(shè)計構(gòu)建其它非鐵基納米材料作為鐵凋亡誘導劑的開發(fā)和應用提供了理論基礎(chǔ)。本論文中,我們首先設(shè)計并合成了精氨酸修飾的硅酸錳納米囊泡(AMSNs,arginine-rich manganese silicate nanobubbles),通過透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射儀(XRD)、能量色散X射線光譜儀(EDX)等手段對AMSNs的結(jié)構(gòu)形態(tài)以及組成進行表征;通過紫外分光光度計(UV-vis)、紅外光譜儀(FTIR)和熱重分析儀(TGA)等對AMSNs表面的修飾進行表征;通過動態(tài)光散射分析儀和zeta電位分析儀對AMSNs的水力半徑和表面電位進行檢測。結(jié)果顯示AMSNs為中空囊泡狀,每個單獨的納米泡粒徑在6± 1 nm左右,表面為Arg修飾。進一步通過TEM、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)等方法對AMSNs的穩(wěn)定性及其腫瘤微環(huán)境降解的特性進行考察。結(jié)果表明,AMSNs在正常生理環(huán)境條件下具有良好的穩(wěn)定性,在較低的pH和較高濃度的谷胱甘肽(GSH)條件下,AMSNs可以發(fā)生降解,釋放錳離子。在細胞水平對AMSNs的腫瘤細胞選擇性攝取進行考察,結(jié)果顯示相比于正常肝細胞L02,肝癌細胞Huh7對AMSNs具有更高的攝取效率。進一步對AMSNs的細胞攝取途徑進行考察,結(jié)果表明,AMSNs主要通過內(nèi)涵體/溶酶體途徑被細胞內(nèi)吞。通過磁共振成像掃描儀(MRI)考察AMSNs的體內(nèi)外磁共振成像效果。結(jié)果顯示,在體外低pH和高GSH的條件下,AMSNs的弛豫效率(r1)從0.1573 mM-1 s-1(pH 7.4,GSH 0 mM)升高到 4.5865 mM-1 s-1(pH 5.0,GSH 10 mM)。同時,體內(nèi)實驗結(jié)果顯示,AMSNs具有良好的腫瘤磁共振造影效果,表明AMSNs可以作為良好的腫瘤微環(huán)境響應型T1增強磁共振造影劑。通過和實心的氧化錳納米粒(MnO)進行對比,我們考察了 AMSNs囊泡狀結(jié)構(gòu)在消耗GSH方面的優(yōu)勢,并對AMSNs引起鐵凋亡的機制進行考察。結(jié)果顯示,AMSNs比MnO具有更高的GSH消耗效率,同時也展示出更強的細胞毒性。通過加入多種抑制劑對AMSNs引起細胞死亡的機制進行考察,結(jié)果顯示,AMSNs主要通過鐵凋亡的通路引起細胞死亡。AMSNs可以高效消耗細胞內(nèi)的GSH,從而抑制GPX4的活性,使得細胞內(nèi)脂質(zhì)氧化水平增高,最終引起細胞鐵凋亡。另外,AMSNs可以通過靜電作用和配位作用負載小分子藥物阿霉素(DOX)。在腫瘤微環(huán)境中,AMSNs的降解會加速DOX的釋放,用于抗腫瘤治療。體外實驗表明非載藥的AMSNs本身具有良好的抗腫瘤效果,而聯(lián)合使用DOX,可以進一步抑制腫瘤細胞生長。體內(nèi)研究結(jié)果表明,與空白對照PBS組及DOX小分子藥物組相比,尾靜脈注射AMSNs和AMSNs/DOX后,能顯著抑制腫瘤的生長,腫瘤體積明顯減小,同時AMSNs/DOX能夠明顯降低游離DOX的心臟和肝臟毒性。另外,體內(nèi)生物安全性考察結(jié)果顯示,AMSNs可以通過糞便和尿液排出體外,并不會在體內(nèi)累積產(chǎn)生長期毒性,表明AMSNs具有良好的生物安全性。綜上,本論文設(shè)計合成的AMSNs可以高效的消耗腫瘤細胞內(nèi)的GSH,從而抑制GPX4的活性,升高細胞內(nèi)脂質(zhì)氧化水平,最終引起腫瘤細胞鐵凋亡。AMSNs在腫瘤微環(huán)境中降解釋放的錳離子可以提高腫瘤部位水分子的弛豫效率(r1),使其具有作為腫瘤的T1磁共振成像造影劑的潛力。同時,腫瘤微環(huán)境響應的藥物可控性釋放可用于腫瘤化療,從而實現(xiàn)精準可控的可視化治療效果。另外,通過GSH消耗引起鐵凋亡的機制可以為未來設(shè)計開發(fā)更多的腫瘤可視化治療藥物提供新的理論基礎(chǔ)、實驗基礎(chǔ)和設(shè)計思路。
【圖文】：

達８１０萬人次。在新增癌癥病人中，亞洲地區(qū)占全球的４８．４％，而死亡病例占比卻逡逑高達５７．３％。另外，在新增和死亡病例中，中國的癌癥病人數(shù)量幾乎占到了整個亞逡逑洲總數(shù)的一半（圖１．１）邋［１］。逡逑Ｂｏｔｈ邋ｓｅｘｅｓ逡逑Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ邐Ｍｏｒｔａｌｉｔｙ逡逑＂＇ａ％邐＾邐Ａｍｅｒｉｃａｓ逡逑Ｅｏｓｔｏｒｎ邐Ｍｉｄｄｌｅ邋Ｅａｓ��？ｍ邐１４邋４％逡逑ｆ邐一二逡逑—邋２１．０％邋▲逡逑Ｗｅｙｅ，ｎ邋１．４％逡逑１８．１邋ｍｉｌｌｉｏｎ邐９．６邋ｍｉｌｌｉｏｎ逡逑ｎｅｗ邋ｃａｓｅｓ邐ｄｅａｔｈｓ逡逑圖１．１邋２０１８年世界各地男女腫瘤發(fā)生病例和死亡人數(shù)分布情況餅狀圖［１］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｐｉｅ邋ｃｈａｒｔｓ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｓｅｓ邋ａｎｄ邋ｄｅａｔｈｓ邋ｂｙ邋ｗｏｒｌｄ邋ａｒｅａ邋ｉｎ邋２０１８逡逑ｆｏｒ邋ｂｏｔｈ邋ｓｅｘｅｓ［ｌ］．逡逑２０１８年２月，國家癌癥中心發(fā)布了我國最新的癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)［２］。數(shù)據(jù)顯示，逡逑１逡逑

護細胞膜的結(jié)構(gòu)及功能使其不受脂質(zhì)過氧化物的干擾而損害。因此，當細胞內(nèi)的逡逑ＧＳＨ被消耗以后，ＧＰＸ４的活性則會被抑制，細胞內(nèi)脂質(zhì)氧化水平會隨之升高從逡逑而引起鐵凋亡（圖１．３）邋［４２４４］。目前基于這條新的鐵凋亡通路，通過設(shè)計抑制ＧＰＸ４逡逑酶活性從而引起鐵凋亡的策略得到了廣大科研工作者的關(guān)注，主要包括一些小分逡逑子藥物（如ｅｒａｓｔｉｎ，ｓｏｒａｆｅｎｉｂ，，邋ＲＳＬ３等）、基因轉(zhuǎn)染技術(shù)以及基因敲除技術(shù)等［４２＇４５４７］。逡逑５逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R914;R96

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本文編號：2591440