發(fā)布時(shí)間：2017-06-18 21:01

  本文關(guān)鍵詞：線粒體靶向多功能近紅外小分子光敏劑的合成與生物學(xué)活性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：研究背景與目的腫瘤光學(xué)治療是目前臨床上繼外科手術(shù)治療、化學(xué)治療、放射治療之外的新型治療手段。其治療原理是先給予對(duì)腫瘤組織有選擇性的光敏劑,然后使用特定波長(zhǎng)的激光輻照腫瘤區(qū)域,從而使光敏劑高效地催化組織中的氧分子轉(zhuǎn)化為對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能有損害的活性氧物質(zhì),或者使光敏劑吸收光能并轉(zhuǎn)化為局部高熱,最終實(shí)現(xiàn)治療腫瘤的目的。相對(duì)于腫瘤手術(shù)治療、化療、放療等目前臨床上采用的主要治療手段,腫瘤光學(xué)治療具有損傷部位小、選擇性高、安全性好等優(yōu)勢(shì),可望在腫瘤治療中發(fā)揮重要作用。根據(jù)不同的作用原理,腫瘤光學(xué)治療主要分為光動(dòng)力學(xué)治療(PDT)和光熱治療(PTT)。無(wú)論是PDT或者PTT治療,決定它們療效的關(guān)鍵在于制備理想的光敏劑。理想的光敏劑至少應(yīng)同時(shí)具有兩種特性:高效的光敏特性和良好的腫瘤選擇性。(1)為了提高光敏特性:一方面,許多研究者分別將具有光熱作用的光敏劑與光動(dòng)力作用的光敏劑組裝或偶聯(lián)在一起,制備出了多種同時(shí)具有PDT和PTT治療效應(yīng)的納米材料類(lèi)的光敏劑,大大提高了腫瘤光學(xué)治療的療效;另一方面,由于生物組織對(duì)近紅外波段(700-900 nm)的光吸收較弱,因此選擇近紅外類(lèi)的光敏劑可實(shí)現(xiàn)更深層組織的光學(xué)治療,顯著地推進(jìn)了光學(xué)治療的應(yīng)用前景。(2)為了增強(qiáng)光敏劑對(duì)腫瘤細(xì)胞的選擇性,最常采用的策略是通過(guò)化學(xué)方法將光敏劑與靶向配體進(jìn)行連接,使光敏劑能夠被腫瘤細(xì)胞膜上特異性表達(dá)的受體識(shí)別并高效地結(jié)合,從而賦予了光敏劑的靶向性。然而,納米材料類(lèi)的光敏劑將面臨很多難題,比如難以大規(guī)模地制備、易被網(wǎng)狀內(nèi)皮組織器官截留、潛在毒性等,導(dǎo)致大部分納米材料類(lèi)的光敏劑還停留在早期開(kāi)發(fā)階段。同時(shí),基于化學(xué)連接策略開(kāi)發(fā)靶向性光敏劑可能會(huì)改變靶向配體的結(jié)構(gòu)與功能、增加額外的合成步驟和成本,這些影響因素同樣會(huì)妨礙它們的實(shí)際應(yīng)用。鑒于目前常用光敏劑的以上不足,研發(fā)不依賴(lài)于納米高分子材料、也不需要復(fù)雜的化學(xué)連接,而是基于本身化學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)在的多功能特性的小分子類(lèi)靶向光敏劑,可望避免上述問(wèn)題,提高臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的潛力,推進(jìn)和擴(kuò)大腫瘤光學(xué)治療的前景。線粒體是細(xì)胞生存的重要細(xì)胞器,其在能源制造和細(xì)胞凋亡通路中發(fā)揮著核心作用。因此,線粒體一直被認(rèn)為是抗腫瘤治療的理想靶點(diǎn)。尤其是最近研究表明,線粒體對(duì)過(guò)量的活性氧物質(zhì)及高熱非常敏感使得靶向腫瘤細(xì)胞線粒體的pdt、ptt療效非常顯著。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)具有腫瘤靶向性的吲哚七甲川花菁類(lèi)近紅外熒光小分子。它們表現(xiàn)出不需要化學(xué)連接靶向配體,即能夠被多種腫瘤細(xì)胞選擇性攝取,同時(shí)蓄積于腫瘤細(xì)胞的線粒體中。某些花菁類(lèi)近紅外熒光小分子化合物已經(jīng)被證明具有一定的光敏效應(yīng)。據(jù)此本研究設(shè)想:以前期獲得的線粒體靶向染料分子為基礎(chǔ),通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾,可望制備合成同時(shí)具有靶向腫瘤細(xì)胞線粒體和整合pdt和ptt雙模態(tài)光學(xué)治療的吲哚七甲川花菁類(lèi)近紅外熒光小分子光敏劑,顯著提高光學(xué)治療的療效。研究方法與結(jié)果根據(jù)前期的構(gòu)效關(guān)系研究及其它研究報(bào)道,親脂性陽(yáng)離子特性的吲哚七甲川鏈?zhǔn)菍?duì)這類(lèi)小分子的腫瘤細(xì)胞線粒體靶向特性起到至關(guān)重要作用的官能團(tuán)。同時(shí),文獻(xiàn)報(bào)道花菁類(lèi)小分子的光敏效應(yīng)與它們的脂水分布系數(shù)(logp)、極性、摩爾吸光系數(shù)等密切相關(guān)。因此,為了制備一種靶向腫瘤細(xì)胞線粒體,同時(shí)整合了pdt和ptt雙模態(tài)光學(xué)治療的小分子類(lèi)光敏劑,本論文主要從以下三個(gè)方面開(kāi)展研究,且主要結(jié)果如下:一、腫瘤細(xì)胞線粒體靶向化學(xué)小分子類(lèi)光敏劑的設(shè)計(jì)與合成:在前期構(gòu)效關(guān)系研究基礎(chǔ)上,以吲哚七甲川鏈為線粒體靶向的母核結(jié)構(gòu),通過(guò)改變吲哚環(huán)上的n-烷基側(cè)鏈的鏈長(zhǎng)(碳數(shù)n=1-5)、改變側(cè)鏈末端的官能團(tuán)(以甲基、甲氧基、羧基、芳香基、羥基、磺酸基、氨基酸等進(jìn)行取代),合成了27個(gè)具有不同logp、極性以及摩爾吸光系數(shù)的新型吲哚七甲川花菁類(lèi)近紅外熒光小分子,為獲得同時(shí)具有腫瘤細(xì)胞線粒體靶向、同步光熱和光動(dòng)力治療的多功能小分子提供了候選化合物。二、目標(biāo)光敏劑的篩選及體外多種腫瘤細(xì)胞中的光熱和光動(dòng)力作用研究:從合成的27個(gè)代表性吲哚七甲川花菁類(lèi)近紅外熒光小分子中,通過(guò)腫瘤靶向(腫瘤組織與肌肉組織的蓄積差別)、光熱特性(溶液升溫情況)、光動(dòng)力特性(單態(tài)氧、ros生成水平),篩選獲得了具有顯著腫瘤靶向特性、光熱和光動(dòng)力作用的新型多功能小分子化合物7。進(jìn)一步在a549、h460、mcf-7、4t1等多種腫瘤細(xì)胞株上驗(yàn)證了化合物7的光誘導(dǎo)殺傷作用;通過(guò)冰浴處理或加入nac(自由基清除劑)進(jìn)行干預(yù),證實(shí)化合物7具有光熱、光動(dòng)力協(xié)同的殺傷效應(yīng);通過(guò)將化合物7與兩種線粒體探針(mito-tracker、rho123)進(jìn)行共染,確證了其線粒體靶向蓄積特性;通過(guò)流式細(xì)胞分析和westernblot檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞線粒體途徑的細(xì)胞調(diào)亡可能是化合物7發(fā)揮光療效果的作用機(jī)制。三、體內(nèi)多種荷瘤動(dòng)物模型上驗(yàn)證目標(biāo)光敏劑7的光學(xué)治療作用:化合物7的靶向光學(xué)治療腫瘤的效果依次在多種皮下移植瘤、原位移植瘤動(dòng)物模型上進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)近紅外熒光成像,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其在A549、4T1皮下及4T1原位移植瘤模型中均表現(xiàn)出良好的腫瘤選擇性蓄積特性;向腫瘤部位給予(808 nm、0.8 W/cm2)的激光照射作用5分鐘,然后分別通過(guò)紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)腫瘤部位的溫度變化或檢測(cè)腫瘤組織中的ROS生成水平,在體內(nèi)模型中進(jìn)一步證實(shí)了化合物7的光熱、光動(dòng)力協(xié)同治療作用;通過(guò)測(cè)量腫瘤體積、動(dòng)物體重變化情況及動(dòng)物的生存率,結(jié)果證實(shí)化合物7顯著地抑制了腫瘤的生長(zhǎng),在監(jiān)測(cè)期間動(dòng)物的生存率為100%并且沒(méi)有動(dòng)物出現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā);通過(guò)血常規(guī)、肝腎功能生化指標(biāo)的測(cè)量及主要臟器的病理切片觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與正常對(duì)照組相比,化合物7沒(méi)有引起明顯的毒副作用。另外,本研究還在基于臨床病人的腫瘤標(biāo)本建立的PDX動(dòng)物模型上確證了化合物7的優(yōu)秀的腫瘤光學(xué)治療療效,進(jìn)一步探索了其臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用的前景。結(jié)論與創(chuàng)新本研究工作通過(guò)合理設(shè)計(jì)與化學(xué)合成,成功篩選獲得了同時(shí)具有腫瘤細(xì)胞線粒體靶向特性和PDT與PTT協(xié)同治療作用的多功能近紅外小分子化合物7。這種具有近紅外熒光成像功能的靶向光敏劑還能夠進(jìn)行腫瘤及腫瘤邊界光學(xué)顯像,為實(shí)現(xiàn)成像引導(dǎo)的精確光學(xué)治療提供了潛在的可能性。據(jù)我們所知,這是第一個(gè)以腫瘤細(xì)胞線粒體為治療靶點(diǎn),同步實(shí)現(xiàn)腫瘤PDT和PTT協(xié)同治療的小分子光敏劑。該光敏劑具有良好的光敏特性,可望成為用于腫瘤光學(xué)治療的新型光敏劑,為腫瘤治療提供了潛在的新途徑。
【關(guān)鍵詞】：光敏劑 光熱治療 光動(dòng)力學(xué)治療 近紅外熒光成像 線粒體
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R730.5
【目錄】：

• 縮略語(yǔ)表5-6
• 英文摘要6-10
• 中文摘要10-13
• 第一章 前言13-17
• 1.1 選題原因13
• 1.2 研究背景13-14
• 1.3 研究目的與意義14-15
• 1.4 研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 線粒體靶向的近紅外熒光小分子光敏劑的化學(xué)合成與理化鑒定17-28
• 2.1 材料與方法17-21
• 2.2 結(jié)果21-25
• 2.3 討論25-27
• 2.4 小結(jié)27-28
• 第三章 目標(biāo)光敏劑的篩選及體外腫瘤細(xì)胞中的PDT與PTT效應(yīng)研究28-44
• 3.1 材料與方法28-34
• 3.2 結(jié)果34-42
• 3.3 討論42-43
• 3.4 小結(jié)43-44
• 第四章 目標(biāo)光敏劑在多種荷瘤動(dòng)物模型中的PDT與PTT治療效應(yīng)的評(píng)價(jià)研究44-62
• 4.1 材料與方法44-48
• 4.2 結(jié)果48-59
• 4.3 討論59-60
• 4.4 小結(jié)60-62
• 全文總結(jié)62-63
• 參考文獻(xiàn)63-72
• 文獻(xiàn)綜述 Recent developments on photodynamic therapy72-90
• 參考文獻(xiàn)80-90
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果90-91
• 致謝91

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