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恶性肿瘤是危害人类身体健康的重大疾病之一。尽管化疗是其最常用的临床治疗手段之一,然而多年临床实践表明,由于大多数药物在体内缺乏特异性肿瘤组织蓄积能力,因此静脉给药方式下的全身化疗疗效有限且毒副作用大。为解决这些问题,近二十年来,联合多种模式的综合治疗已经成为临床肿瘤治疗的主要方法。特别是基于热疗的综合治疗,因热疗具备多种肿瘤杀伤增强机制受到越来越多的关注。如研究发现在相对较低温度下(39~43℃)热疗具有显著的化疗增敏作用,然而对于热疗的这种增敏机制,目前仍有待深入研究。在本工作中,我们设计了一种温度/pH敏感聚合物修饰的金纳米笼水凝胶载药系统(Dox-GNC@PNA-hls)。Dox-GNC@PNA-hls在近红外光照射下,金纳米笼产生高效光热转换,发挥光热治疗,同时,其表面修饰的温敏“开关”PNA-h在光热作用下打开,实现对负载药物的光热诱导“按需(On-demand)”释放。这种热疗与化疗的高度协同有效地增强了肿瘤治疗效果,可能发展成为新型的综合治疗纳米药物。研究主要结果如下:(1)温度/pH敏感聚合物的制备及表征。以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温敏单体,丙烯酸叔丁酯(tBA)为pH敏感单体前体,采用原子转移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization,ATRP)制备了NIPAM与tBA嵌段聚合物pNIPAM100-b-ptBAm(PNtB100-b-m,m=50,100)和无规共聚物pNIPAM400-co-ptBAn(PNtB400-co-n,n=6,8,10)。GPC测定结果显示两种嵌段聚合物PNtB100-b-100与PNtB100-b-50的分子量分别为51.3 kDa和37.5 kDa,与按照投料比计算的理论分子量相近。1H-NMR结果表明PNt B100-b-100和PNtB100-b-50中NIPAM与tBA单元比例为1:1和2:1,与投料比一致。其完全水解后得到温敏聚合物PNA100-b-100和PNA100-b-50,相对应的低临界溶解温度(Low Critical Solution Temperature,LCST)分别为37℃和36.5℃。进一步,通过调节PNtB100-b-100水解反应过程中三氟乙酸的用量及反应时间,可以获得四种不同水解度的聚合物PNAx(PNA30、PNA50、PNA75、PNA100)。PNAx聚合物在不同pH溶液中组装形成内部为疏水的丙烯酸核心、外壳为亲水的pNIPAM层纳米粒。三种无规共聚物pNIPAM400-co-ptBAn(PNtB400-co-n,n=6,8,10),GPC测定其分子量分别为41.6 kDa、46.1 kDa和45.6kDa,与按照投料比计算的理论分子量相近。完全水解后所得到相应的温度/pH敏感聚合物PNA400-co-n,可通过改变溶液pH值对其LCST进行调控。其中PNA400-co-8聚合物在pH 6.5环境下的LCST为39.9℃,介于体温37℃和热疗温度43℃之间,可用于光热诱导同步药物释放研究。(2)阿霉素(Doxorubicin,Dox)诱导组装的温度/pH敏感D-PNAx纳米凝胶及其抗肿瘤效果评价。以弱碱性的Dox诱导弱酸性PNAx自组装形成D-PNAx纳米凝胶,其中D-PNA100纳米凝胶具有最佳的分散稳定性(其zeta电位约为-32 mV)和最高的载药量(41.2%)。药物释放实验表明D-PNA100纳米凝胶具有良好的长效缓控释药特性。瓶倒转实验结果显示浓度为10%w/v的D-PNAx纳米凝胶以及相应的PNAx聚合物在体温下发生了溶胶-凝胶相转变。药效学研究表明瘤内注射D-PNA100纳米凝胶能够有效抑制肿瘤生长,10天后小鼠肿瘤体积降至原始大小的77%,而游离Dox和空白PNA100组分别为起始大小的113%和211%。生存率曲线显示D-PNA100纳米凝胶组的小鼠在14天实验时间内全部存活,而游离Dox组80%的小鼠死亡。瘤内Dox荧光图像和Dox滞留曲线表明,给药10天后D-PNA100纳米凝胶组仍有41%的药物滞留在瘤内,而游离Dox组仅有20%的滞留量。这些结果表明,D-PNA100可注射水凝胶用于肿瘤局部治疗具有微创、药物负载量高、缓控释药、药效持久且抑瘤效果显著以及生物相容性好等优点。(3)用于瘤内光热化疗协同的温度/pH敏感金纳米笼水凝胶载药系统(DoxGNC@PNA-hls)的制备及表征。采用醇还原法制备银纳米立方(Silver nanocubes,SNCs),所制备的SNCs为尺寸45±5.0 nm的正方体纳米颗粒,颗粒大小均一,分散性好。以SNCs为模板,采用电化学置换法制备最大吸收峰在800nm的金纳米笼(Gold nanocages,GNCs),并对其形貌、粒径、zeta电位、元素组成及含量进行分析测定。结果显示GNCs颗粒尺寸为45±5.0 nm,流体力学直径为100 nm左右,zeta电位为-7.7mV。TEM-MAPPING元素分析结果显示GNCs为金银合金纳米粒,金与银两种元素弥散分布于整个金纳米笼框架上。以LCST=39.9℃的PNA400-co-8作为高温配体(PNA-h),先修饰到GNCs表面孔周围,构成释药开关;以LCST=36.5℃的PNA100-b-50作为低温配体(PNA-l)修饰到GNCs表面其他区域,实现体内原位凝胶,最后得到GNC@PNA-hls。TEM及其EDS能谱表明GNCs表面修饰有厚度约为3.0 nm的PNA-hls聚合物层。其水溶液中的流体动力学直径从100 nm增大至130 nm。热重分析表明GNC@PNA-hls中,高低温配体PNA-h和PNA-l的重量分数分别为9.0%和25%。采用硫酸铵辅助载药技术将Dox负载于GNCs内得到Dox-GNC@PNA-hls,载药量高达8.0%。体外药物释放实验表明Dox-GNC@PNA-hls具有近红外光诱导的“按需”释药行为,且其释放量与激光功率、光照时间和光照次数正相关,而与溶液pH值和PNA-h的LCST负相关。Dox-GNC@PNA-hls水凝胶载药系统具有良好的温敏溶胶-凝胶相变行为,凝胶化温度为34℃,可用于瘤内注射。凝胶化后的聚合物的储能模量可达到1870 Pa,是未凝胶化溶胶储能模量(0.93 Pa)的2000多倍。(4)Dox-GNC@PNA-hls体内外抗肿瘤效果评价。MTT实验结果显示Dox-GNC@PNA-hls在808 nm激光照射下,能够有效的杀伤肿瘤细胞。更重要的是,细胞实验结果显示,与热疗化疗序贯治疗相比,两者同步作用具有更强的肿瘤细胞杀伤能力。通过瘤内给药方式将Dox-GNC@PNA-hls水凝胶分散体注射于小鼠瘤内,结果显示在功率为0.4 W/cm2的激光照射下,肿瘤组织温度可升至47℃左右。药效学评价数据表明,与单纯Dox组和GNCs光照组相比,Dox-GNC@PNA-hls处理组表现出更好的抑瘤效果。这些数据表明,由于具有近红外光诱导“按需”释药特性,Dox-GNC@PNA-hls实现了多次光热治疗与化疗的精准协同治疗,增强了肿瘤综合治疗效果。本论文构建的温度/pH敏感的金纳米笼水凝胶载药系统,在近红外激光照射下,实现了肿瘤治疗的长期多次光热-化疗精准协同,为肿瘤综合治疗提出了精准协同的新思路。