可激活穿膜肽修饰的Fe3O4/金壳纳米复合物的制备及其多模生物成像和光热治疗的应用

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:li438
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目的:近年来,多功能的纳米粒子因其比单组分材料具有更优良的性质得到了广泛的研究。包括磁性和光学性质的纳米复合物由于具有作为药物传递载体、成像造影剂及光热治疗剂等潜力吸引了密切的关注。大多数研究主要以增强渗透滞留(EPR)效应的机制实现多功能纳米粒子的肿瘤靶向性,但仅通过EPR效应难以在肿瘤部位获得理想的的纳米粒子富集。本研究设计了可激活穿膜肽修饰的超顺磁Fe3O4/金壳纳米复合物以期同时实现肿瘤选择性的多模生物成像及肿瘤光热治疗。内容:制备金壳包裹的超顺磁Fe3O4-SiO2复合纳米粒子(SSCNs@Au NSs)并在其表面修饰聚乙二醇(PEG)和可激活穿膜肽(ACPP)的偶联物,得到SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物。通过一系列的体内及体外实验表征SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物在核磁共振(MR)成像和电子计算机X射线断层扫描(CT)成像中的造影性能和肿瘤光热治疗性能。方法:(1)纳米复合物的制备与表征:通过化学共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子并修饰单层油酸(OA)制成油相。以SDS为乳化剂,通过乳化法制备Fe3O4聚集体,再通过St?ber法在Fe3O4聚集体表面包覆SiO2并进行表面巯基化修饰。先后以Na BH4和L-抗坏血酸为还原剂,在碱性环境中还原HAu Cl4,通过种子生长法制备Fe3O4/金壳核壳型纳米复合物,最后利用S-Au配位作用在其表面修饰PEG和ACPP的偶联物,得到SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP。采用透射电子显微镜(TEM)、动态光散射(DLS)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见近红外光谱(UV-vis-NIR)、原子吸收分光光度法(AAS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等对其进行形态、结构及金属含量表征。采用电子温度计记录不同浓度的SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物溶液在NIR照射下的温度变化,考察该纳米复合物的光热性能。用1.2 T核磁共振(NMR)成像系统测定不同Fe浓度的SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP的T2加权MR成像及弛豫时间,考察材料的MR成像造影性能。用临床CT扫描系统测量不同浓度的SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的X射线吸收性能。(2)纳米复合物的体外表征:采用MTT实验考察SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的细胞毒性及体外光热治疗性能。通过TEM观察细胞对SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的摄取能力。(3)纳米复合物的体内表征:构建乳腺癌MCF-7荷瘤鼠模型,瘤内注射SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物,并经NIR激光照射,采用红外热相机测量小鼠肿瘤部位的升温情况,并通过H&E染色法分析光热治疗后肿瘤组织的病理学变化。采用尾静脉给药的方式,通过MR、CT成像考察SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的肿瘤靶向性。结果:(1)TEM、DLS、UV-vis-NIR和FT-IR表征结果显示SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的成功制备。TEM图片表明各步所得纳米粒子均呈球形,大小分布均匀,最后制得的SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物平均粒径约187 nm。DLS测量结果表明纳米复合物有良好的分散性及胶体稳定性。UV-vis-NIR光谱显示SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物约在800nm处有较强的SPR特征峰,表明了金壳的成功制备。FT-IR光谱显示SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP在1647和1542 cm-1处有两个特征吸收峰分别归属于酰胺I带和II带,该结果说明ACPP通过酰胺键成功修饰到SSCNs@Au NSs表面。光热性能研究结果显示SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物溶液浓度高于80μg Au m L-1时溶液温度能达到60℃以上,表明其具有极好的光热转换性能。SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的体外T2加权成像信号呈Fe浓度依赖性增强,其弛豫率为214 m MFe-1 s-1。SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物的X光吸收值亦关于Au浓度呈线性增加。因此可以说明SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物具有较好的MR及CT成像性能。(2)细胞毒性实验结果显示,50μg Au m L-1 SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物培养的MCF-7细胞在不经激光照射时细胞存活率高于84%,而50μg Au m L-1 SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物培养的MCF-7细胞经激光照射后的细胞存活率仅为12%。该结果表明,SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP具有较低的细胞毒性,而在激光的照射下能光致发热杀死肿瘤细胞,表明其具有极好的光热性能。TEM显示细胞质内存在大量的SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP表明细胞对其有一定的摄取能力。(3)在NIR激光的照射下,MCF-7荷瘤鼠瘤内注射SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP后肿瘤局部温度能升高到55℃,此温度在体内能有效消融肿瘤。MR和CT成像结果显示,与SSCNs@Au NSs-PEG相比,SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物经尾静脉注射后在肿瘤部位有大量的富集。结论:本研究成功制备了可用于多模生物成像、光热治疗的靶向性多功能SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP纳米复合物。SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP具有良好的分散性及胶体稳定性。体内及体外结果均表明SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP具有极好的光热性能、CT及MR成像能力。而且,当SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP浓度高于50μg Au m L-1时对MCF-7细胞无明显毒性。因此,本研究制备的SSCNs@Au NSs-PEG-ACPP是一种性质优良的纳米复合物,有望用于MR、CT成像及光热治疗。
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