【摘要】：課題研究背景:隨著中國人口的增加以及老齡化問題的加重,惡性腫瘤已經是導致我國國民死亡的主要疾病之一,探索全新技術提高癌癥早期診斷、實時監(jiān)測、有效治療是亟待解決的重大問題。光動力治療是腫瘤治療中的一種新興的方法,它具有高選擇性、低副作用、不損傷周圍正常組織細胞,且侵蝕性小不易產生耐藥性。但是在應用過程中,光動力治療存在部分缺陷:(1)光敏劑水溶性差,在水中易團聚而導致熒光猝滅;(2)外部激發(fā)光源組織穿透深度有限,無法在深層腫瘤治療中應用。碳量子點是一族零維的碳納米材料或者納米顆粒,具有優(yōu)異的熒光性能,同時水溶性好,表面易功能化修飾,而且生物相容性好,細胞毒性低,是優(yōu)良的納米藥物載體,結合自熒光系統(tǒng)作為激發(fā)光源,構建自熒光誘導的復合光敏劑體系,有望在改善光敏劑自身缺陷的同時,為深層腫瘤的治療提供新的研究思路。課題研究目的:利用高熒光碳量子點負載光敏劑,構建復合光敏劑FRET體系,來改善光敏劑的水溶性問題,同時利用FRET作用提升光敏劑的熒光性能;另外,采用內部熒光激發(fā)復合光敏劑體系,來解決光源穿透深度有限,光敏劑在生物體內無法有效激發(fā)等問題;從而研制出新型的具有低毒性、高熒光量子產率、水溶性優(yōu)良,體內激發(fā),可用于深層腫瘤治療的復合光敏劑體系,同時顯著提高光動力治療的效果。課題研究方法:(1)以無水檸檬酸作為碳源,乙二胺作為表面鈍化劑,200 ~oC一步水熱法制備碳量子點。通過改變反應溫度和反應物劑量,制備出不同反應條件下的碳量子點樣品,通過熒光光譜,紫外吸收光譜和紅外光譜等表征手段對碳量子點樣品的性能加以評價,總結出熒光碳量子點的形成規(guī)律和熒光機理,確定熒光性能最佳的反應條件;(2)利用EDC/NHS反應,將碳量子點與光敏劑Ce6共價結合,通過Mg/N雙雜化進一步提升碳量子點的熒光強度;同時,利用縮減供受體距離;增加光敏劑受體數(shù)量三種途徑來提高FRET效率。利用660 nm激光誘導復合光敏劑體系,探索復合體系產生單線態(tài)氧能力以及體外腫瘤細胞HepG2的抑制效果;(3)以螢火蟲熒光素酶誘導的生物熒光作為內部光源,構建碳量子點負載光敏劑原卟啉的復合光敏劑體系,通過紅外,紫外,熒光光譜等手段檢測復合光敏劑體系的性能;同時,利用碳量子點的熒光上轉化作用實現(xiàn)生物熒光激發(fā)復合光敏劑體系。最后,對整個體系的單線態(tài)氧產率,細胞內活性氧產率,腫瘤細胞抑癌效率等性能加以評價;(4)以1,2,4-三氨基苯二鹽酸鹽作為碳源,甲酰胺作為溶劑,120 ~oC鼓風干燥箱加熱12 h制備黃色熒光碳量子點。利用魯米諾化學發(fā)光來激發(fā)碳量子點構建的復合光敏劑體系,通過CRET和CRET-to-FRET雙重途徑,實現(xiàn)在化學發(fā)光強度對細胞無毒性的前提下,完成光敏劑在生物體內的高效激發(fā)過程。實驗結果:(1)無水檸檬酸與乙二胺水熱法制備的碳量子點,具有優(yōu)異的水溶性和熒光性能,且細胞毒性低,非常適宜作為納米藥物載體。最佳的反應條件為:無水檸檬酸2.1 g,乙二胺2.68 ml,反應溫度為200 ~oC,制備的碳量子點熒光量子產率高達79.7%。碳量子點的熒光性能是由碳核和表面狀態(tài)共同決定的,碳量子點是類似核-殼的納米結構,其形成過程主要包括裂解、聚合、碳化以及碳核的生長等步驟。(2)利用Mg(OH)_2作為金屬添加劑,可進一步提升碳量子點的熒光性能;碳量子點可共價結合光敏劑,制備復合光敏劑體系;通過紅外光譜,紫外光譜,熒光光譜分析證明,復合光敏劑已成功制備,且水溶性良好,碳量子點通過FRET作用,使得光敏劑的熒光性能提升了9倍。同時,通過縮短供受體距離,增加受體數(shù)量等途徑,將FRET效率提升至84%,單線態(tài)氧產率提升1倍,腫瘤細胞HepG2抑制效果顯著提升。(3)利用生物熒光誘導碳量子點構建的復合光敏劑體系,碳量子點在復合體系中有三大作用:作為光敏劑的載體,提高其水溶性和熒光性能;作為能量供體,通過FRET作用將能量傳遞給光敏劑,進一步提升光敏劑熒光性能;調諧生物熒光的發(fā)射光譜與光敏劑的吸收光譜,使得光敏劑可以被生物熒光所激發(fā)。實驗表明,螢火蟲熒光素酶產生的生物熒光通過碳量子點的熒光上轉化作用,可激發(fā)復合光敏劑體系產生單線態(tài)氧,而且在SMMC-7721腫瘤細胞內,在無外部光源照射下,檢測到活性氧的產生。生物熒光對細胞有較弱的致死作用,但是生物熒光誘導的復合光敏劑體系癌細胞抑制率達60%。(4)利用1,2,4-三氨基苯二鹽酸鹽與甲酰胺,溶劑熱法制備出黃色熒光,水溶性良好的碳量子點,激發(fā)光譜范圍在400-550 nm之間,可以被魯米諾產生的化學熒光所激發(fā)。通過對碳量子點,內部激發(fā)光源和光敏劑的精心挑選和有機結合,我們成功構建了一個高效的光動力治療體系。碳量子點在復合體系中共有兩大作用:分別為改善光敏劑的自身缺陷問題,以及調諧化學熒光間接激發(fā)光敏劑,并通過FRET作用增強光敏劑的熒光性能。結果表明,光敏劑的Soret band(400 nm)和Q-band(663 nm)通過CRET和CRET-to-FRET過程,可被化學熒光持續(xù)激發(fā),且單線態(tài)氧產率和細胞內活性氧產率要遠遠高于化學熒光激發(fā)的單一光敏劑體系。且單純的化學熒光和復合光敏劑對SMMC-7721肝癌細胞并沒有致死作用,但是當化學熒光誘導復合光敏劑體系時,就可以實現(xiàn)光動力治療過程。在細胞內可產生大量的活性氧,SMMC-7721肝瘤細胞抑制率達到92%。實驗結論:(1)碳量子點水溶性好,熒光量子產率高,合成過程簡單,生物相容性極好,是優(yōu)良的光敏劑載體;(2)利用碳量子點負載光敏劑,可顯著改善光敏劑的水溶性,并通過FRET作用增強光敏劑的熒光性能;通過提高FRET效率可顯著提高光動力治療效果;(3)生物和化學自發(fā)光都可以作為內部光源,誘導復合光敏劑產生活性氧,完成光動力治療過程,利用自熒光激發(fā)復合光敏劑體系,有望從根本上解決光源在組織穿透深度有限的問題。
【圖文】：

實現(xiàn)光熱轉化，達到腫瘤治療的目的。2.3 光動力治療光動力治療（photodynamic therapy，PDT）是通過光動力學反應選擇性破壞病變組織的一項全新技術，目前在腫瘤治療領域應用廣泛。光動力治療的核心物質就是光敏劑（Photosensitizer，PS），PS 吸收光能發(fā)生能級躍遷，從基態(tài)變?yōu)椴环�(wěn)定的激發(fā)態(tài)，在回到低能級的過程中會將這部分能量釋放到周圍的空氣中，氧氣可以吸收這部分能量變?yōu)榛钚匝酰ㄖ饕詥尉�態(tài)氧形式存在）特異性的富集在病灶處，通過氧化作用將腫瘤細胞氧化致死，實現(xiàn)腫瘤的治療（如圖 1-1）。光動力治療在腫瘤治療中具有諸多的優(yōu)勢：（1）具有選擇性，光敏劑可以特異性的識別病變組織，不可逆的破壞腫瘤細胞同時并不損傷正常細胞；（2）具有普適性，光動力治療過程屬于光物理反應，因而理論上可以對所有的腫瘤細胞都有治療效果；（3）可重復使用，光動力治療不會產生創(chuàng)面，不會使細胞產生耐藥性；（4）治療的過程中可以協(xié)同其他治療方式，來提高治療的效果。

粒子復合改性加以改善[15]；關于光源穿透深度不足的問題，許激發(fā)[16]或者熒光上轉化納米顆粒[17]等方式，而在雙光子激發(fā)中雙子吸收截面很大，可以更加高效的利用光源；關于內部氧氣采用其他基團來代替氧自由基，而這一過程也會需要納米材料米材料在腫瘤治療中的已經有了多方面的應用，而碳納米材料納米材料中的一員，由于碳元素是生物體的重要組成元素之一命體通常有良好的生物相容性，，此外碳原子具有多種電子軌道不同碳原子之間有多種結合方式，因而可以形成多種結構和性碳材料，例如碳納米管、石墨烯量子點、納米金剛石、碳量子點在納米腫瘤醫(yī)學發(fā)展中掀起了一個研究熱潮。與納米腫瘤醫(yī)學
【學位授予單位】：軍事科學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R73-36;TQ421.7

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 寧宇;李波;方芳;田麗君;王雪;高遠;劉婭;;人口老齡化與老年人口健康及疾病問題的研究進展[J];吉林大學學報(醫(yī)學版);2008年06期

2 崔大祥;;腫瘤納米診斷和治療技術的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];中國腫瘤生物治療雜志;2008年05期

本文編號：2616555