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目的:结肠癌是全球范围内常见的消化系统癌症,开发可以实时示踪的药物载体,有望提高结肠癌放疗和化疗过程中的精准性和可控性;本研究合成了一种光声影像辅助定位的石墨烯水凝胶,用于担载抗肿瘤药物顺铂(cisplatin,cDDP),并初步探讨了其对结肠癌的化疗和放疗效果。方法:1、首先通过六亚甲基二异氰酸酯(Hexamethylene diisocyanate,HMDI)活化氧化石墨烯(graphene oxide,GO),继而以其为交联位点合成石墨烯-聚丙烯酸水凝胶(GO-PAA水凝胶),担载顺铂(cDDP@GO-PAA)后用于结肠癌的化疗和放射治疗;2、通过扫描电子显微镜(SEM)、溶胀实验、红外吸收光谱(FT-IR)、拉曼散射光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)及粒径分析等对不同交联度GO-PAA水凝胶的形貌、溶胀比、结构及降解行为进行分析表征;3、通过CCK-8细胞毒性试验及凋亡实验对GO-PAA水凝胶生物相容性进行初步评价,通过透析袋法对cDDP@GO-PAA在不同体液及酶环境下药物释放规律进行研究;4、通过细胞增殖、克隆形成、免疫荧光、流式细胞术等研究cDDP@GO-PAA对肿瘤细胞的增殖、放射敏感性、DNA损伤、周期和凋亡的影响;5、将吲哚菁绿(indocyanine green,ICG)担载于水凝胶,灌胃后观察裸鼠体内超声信号以监测其在裸鼠体内分布情况;建立裸鼠HCT116细胞皮下瘤模型,通过肿瘤体积、裸鼠体重及肿瘤组织免疫组化染色情况评价cDDP@GO-PAA的体内抗肿瘤活性;取其重要脏器做HE切片观察脏器损伤情况。结果:1、合成了不同GO含量的GO-PAA,三次干燥-溶胀循环溶胀比依次为536,369和258,证实其吸水性及溶胀可恢复性能良好;2、SEM显微镜显示干态水凝胶具有疏松多孔结构,随着交联度上升材料表面变得更加粗糙;结构分析表明GO通过化学键偶联多条聚丙烯酸(polyacrylic acid,PAA)链,以GO为核心位点形成GO-PAA水凝胶;水凝胶降解后粒径明显变小,可在粒径分析中观察到纳米级的降解颗粒;3、纯GO-PAA生物相容性良好;体外释放实验表明GO-PAA水凝胶具有pH响应性能,担载顺铂后,在pH 1.2的模拟胃液中有明显的突释行为,在pH 7.8的模拟结肠液中释放相对缓慢,在pH6.8的模拟小肠液中几乎不释放,并且可被蛋白酶水解,在500μg/mL的蛋白酶溶液中释放速率明显加快;4、cDDP@GO-PAA可抑制HCT116及SW480细胞的增殖,随着药物缓释,其药效在72 h后逐渐与纯cDDP组一致;cDDP@GO-PAA可引起HCT116细胞G2/M期阻滞,损伤DNA双链,增强其放射敏感性,并诱导凋亡;5、通过小动物超声光声成像仪追踪定位水凝胶,初始在裸鼠胃部观察到可分辨的超声信号,随消化过程,继而在肠道中观察到超声信号,证明ICG-cDDP@GO-PAA药物载体系统可以提供动物体内的追踪信号,为放射治疗时刻点的选择提供数据支持;体内抑瘤实验表明,无论是否联合放疗,相较于单纯cDDP用药组,cDDP@GO-PAA都具有更好的肿瘤抑制效果,且可减轻肠道不良反应;其他重要脏器无明显损伤。结论:合成可光声影像辅助定位的GO-PAA,该水凝胶药物载体具有良好的药物控释能力、光声成像效果及体内外抗肿瘤效果,为结肠癌的可控化学药物治疗和放射治疗提供了技术和理论支持。