生物可降解Fe3O4-Au复合纳米药物的制备及其性能研究

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传统临床癌症治疗方法(化学疗法、放射疗法、手术切除等)存在巨大风险和毒副作用,当前基于纳米材料开发的药物缓释、光热、光动力等新型非侵入性癌症治疗方法成为新的研究方向。其中,Fe3O4纳米材料因具有无毒、生物兼容性好、磁靶向、磁热效应、磁共振成像等优势被广泛用于药物载体,将Fe3O4与多种功能纳米药物结合可以实现对肿瘤部位的多重成像和协同治疗,因此围绕Fe3O4纳米材料开发新型诊疗一体化纳米药物成为当前的研究热点。最近研究表明,直径小于6-8 nm的纳米颗粒才可以被肾脏代谢清除,因而当前Fe3O4及其复合纳米药物因其大的尺寸和稳定的结构的面临无法清除的问题。同时,小尺寸纳米颗粒(如6-8 nm)无法提供多种诊疗功能,且其在血液中循环时间短、EPR效应弱,导致肿瘤部位对其摄取效率很低。如何构筑多功能可降解纳米药物是研究者面临的问题和挑战。当前,利用外部刺激(如磁场、激光)或肿瘤微环境(如低PH、高GSH等)响应开发可降解纳米药物成为研究重点。本文基于肿瘤微环境的弱酸特性,针对当前Fe3O4基复合纳米药物难降解的特点,提出对致密性Fe3O4微球进行改造,采用原位酸刻蚀形成疏松介孔骨架结构,从而提高其酸响应特性,刻蚀后形成的介孔Fe3O4纳米微球可以用于药物装载平台,通过引入金纳米颗粒和抗癌药物盐酸阿霉素(DOX),开发出具有磁靶向且可降解的诊疗一体化多功能纳米药物。主要研究内容如下:(1)通常超顺磁Fe3O4微球是由大小不同的晶粒紧密堆积而成,在酸溶液中具有很好的稳定性。为了提高其酸溶解性能,本文提出酸选择性刻蚀造孔策略,以柠檬酸作为刻蚀剂,以乙二醇为保护性溶剂,基于晶粒直径与溶解性能的关系,利用柠檬酸将小晶粒优先刻蚀去除,留下大晶粒形成疏松介孔骨架结构。系统研究了刻蚀条件对形成介孔结构的影响规律,及刻蚀产物在弱酸缓冲液中的溶解性能(p H=5),优化Fe3O4微球的介孔骨架结构。在此基础上,在介孔Fe3O4微球表面修饰聚乙烯亚胺分子引入Au纳米颗粒(约4 nm),通过调节金纳米微球负载量提高近红外区光吸收性能,合成出介孔Fe3O4-Au(MFA)多功能纳米药物。对MFA表征发现,其饱和磁化强度为38 emu/g,具备良好的磁靶向能力。MFA对DOX的最大载药量比为18.15%。当浓度为200μg/ml时,采用808 nm(1.5 W/cm2)近红外激光器辐照5 min,温度最高可升至56.4℃,且光热稳定性良好。体外细胞实验表明,MFA纳米微球在体外模拟肿瘤微环境实验和体外癌细胞实验中均可在6天内实现降解,当浓度为200μg/ml时,热化疗协同治疗肿瘤细胞存活率约为9.51%。体内外MRI成像结果表明,MFA纳米微球具备良好的造影效果和实时监测的成像能力。体内治疗实验表明,MFA纳米微球成功在小鼠肿瘤部位富集,热化疗协同治疗肿瘤消融率达90%以上。(2)基于上述酸刻蚀造孔策略,进一步提出以Fe2O3@Fe3O4微球作为前驱体,同时刻蚀Fe2O3易溶解内核和Fe3O4致密壳层,合成出具有空心介孔结构Fe3O4微球。针对介孔Fe3O4纳米微球运送药物过程中的泄露问题,提出在空心介孔结构Fe3O4微球内部填入药物和相转变试剂的混合物,通过激光辐照调控温度实现药物光控释放。同上一章节,引入Au纳米颗粒修饰合成出空心介孔Fe3O4-Au(HMFA)多功能纳米药物。对其表征发现,HMFA纳米微球在体外模拟肿瘤微环境实验和体外癌细胞实验中均可在5天内实现降解,其饱和磁化强度为20 emu/g,具备良好的磁靶向能力。当浓度为200μg/ml时,选择808 nm激光器(1.5 W/cm2)辐照5 min,温度最高可升至58.8℃,并且光热稳定性良好;体外药物释放实验、体外细胞实验和体内治疗实验结果表明,当纳米药物到达肿瘤部位后,可利用激光辐照控制Pent升温溶解释放DOX。体外热化疗协同致使肿瘤细胞存活率仅约为4.19%,这可能是因为同上一章相比HMFA纳米微球具有更强的光热效果,同时由于DOX的集中释放,与光热效应协同作用增强。小鼠体内光热实验证实纳米微球在小鼠体内可以升至相变材料的相转变温度释放药物。热相变材料不仅避免了DOX的泄露,而且通过光控释放提高了热化疗的协同治疗效果。体内治疗实验表明,HMFA纳米微球成功在小鼠肿瘤部位富集,热化疗协同治疗肿瘤消融率同样可达90%以上。
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