靶向金团簇@高分子-Fe纳米诊疗体系的构建与协同抗肿瘤作用

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近年来,癌症的发病率和死亡率不断上升,已经对公众的健康状况构成严重的威胁。尽管传统的化疗和手术治疗有成效,但其伴随的药物积累少、循环时间短及易复发等副作用远远不能达到根治肿瘤的目的。因此,设计合适的智能诊疗体系以准确地靶向肿瘤并减少其对正常组织的毒副作用仍然是医学应用中的挑战。光疗法是近几年兴起的疗法,包括光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT),由于近红外光照射光敏剂时能产生足量的热和活性氧(ROS),从而消除肿瘤细胞。相对于传统疗法,光疗法的选择性高并且副作用小,这归功于其非侵入式的治疗特点,但是过去常用的光敏剂如氧化物、硫化物、高分子聚合物和贵金属材料等只具有单一的PTT或PDT的疗效,且缺乏成像功能,不能实现对肿瘤的实时监测,这些往往达不到满意的效果。而且,PDT的疗效严重限制于肿瘤缺氧的微环境。除此之外,具有弱酸性、过表达的H2O2和谷胱甘肽(GSH)等特征的肿瘤微环境(TME)也严重阻碍了对肿瘤细胞的治疗效果。利用这种TME,Fe等金属离子可以消耗GSH并进一步通过Fenton或类Fenton反应与H2O2产生羟基自由基(·OH),以实现副作用小的化学动力学疗法(CDT)。然而,结合光疗法和CDT疗法的多功能光敏剂的开发还面临着上述治疗过程中存在的问题和挑战。基于此,本文合成了两种对光/TME响应的以金纳米团簇(AuNCs)为核心的聚巯基苯胺(POMA)或血红蛋白(Hb)纳米复合材料,既改善了肿瘤微环境,又具有增强的PTT/PDT/CDT的联合疗法,还能发挥近红外热成像(IR成像)功能用于对肿瘤部位的监测。本论文主要研究结果如下:1.以邻巯基苯胺(OMA)作为配体和还原剂,HAuCl4和Fe3+为氧化剂,采用简单的一步法原位成功制备了对光和肿瘤微环境双敏感的AuNCs@聚巯基苯胺(POMA)-Fe纳米复合物,再通过酰胺化反应与靶向分子叶酸(FA)相连接,合成了粒径60 nm的均匀分布的球形靶向AuNCs/POMA-Fe-FA纳米诊疗体系。研究结果表明,POMA的存在不仅拓宽了诊疗体系的光吸收至近红外区,而且具有非常好的光热效应。体系中的AuNCs兼具有光热和光动力作用,一方面协同POMA发挥了优异的PTT性能,在808 nm激光照射下,其诊疗体系分散液的温度可升高18.8℃。另一方面,诊疗体系中同时含有Fe3+和Fe2+,其中Fe3+可以催化H2O2分解产生氧气、消耗肿瘤内过表达的GSH,改善了肿瘤的缺氧微环境,从而增强了AuNCs的PDT性能。而反应形成的和原有的Fe2+又进一步与过剩的H2O2发生Fenton反应产生·OH而发挥CDT作用。体外实验结果证明,该靶向纳米平台能被肿瘤细胞特异性识别并有效摄取,且经808 nm激光照射10 min后,对HepG2细胞的杀伤率达72%,展现了优异的PTT/PDT/CDT协同抗肿瘤能力。体内实验结果证明,注射该诊疗体系的小鼠,其肿瘤在经激光照射治疗的12天后抑制率达84%。该诊疗体系还展示了近红外光热(IR)成像功能,实现了对肿瘤部位的诊断与监测介导的PTT/PDT/CDT作用。因此,这种对光敏感和TME敏感的协同抗肿瘤的诊疗体系具有很大的应用潜力。2.以生物相容性的血红蛋白(Hb)为配体和还原剂,HAuCl4作为氧化剂,通过一步法绿色制备了AuNCs@高铁血红蛋白(MHb)纳米复合物,Hb提供的Fe2+在碱性环境中被氧化为Fe3+形成高铁血红蛋白,最后通过修饰线粒体靶向小分子三苯基膦(TPP)合成了新型的AuNCs@MHb-TPP纳米复合物。该纳米复合物为球型颗粒,且具有线粒体靶向、对光和TME敏感的多重功能。光敏感实验表明,AuNCs具有光热和光动力学双功能,在808 nm激光照射下,体系温度可升高18.5℃,且有大量~1O2产生,显示该纳米诊疗体系具有优异的PTT和PDT以及IR成像性能。TME敏感实验证实,AuNCs@MHb-TPP在弱酸性的微环境中能溶解出Fe3+,催化H2O2产生氧气来改善肿瘤的缺氧微环境,从而大大提升了PDT疗效。此外,Fe3+还可以消耗过表达的GSH产生Fe2+,进一步与过剩的H2O2反应产生·OH,发挥CDT疗效。体外实验结果证明,该纳米平台可以靶向肿瘤细胞的线粒体,且经808 nm激光照射10 min后,对HepG2细胞的杀伤率达70%左右,显示了优异的PTT/PDT/CDT协同抗肿瘤能力。体内实验结果证明,激光照射该纳米平台后的第12天,肿瘤的生长抑制率达80%,且光照后的纳米平台还能发挥IR成像功能以监测实体肿瘤的位置。因此,这是一种能够原位催化产氧并集成像和协同治疗于一体的靶向纳米诊疗体系,为设计新颖多功能诊疗平台抗肿瘤研究提供了重要的参考价值。
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