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恶性肿瘤已成为严重威胁人类健康的主要疾病之一，化疗是中晚期肿瘤治疗最常用的重要手段，但是化疗面临着两点致命的缺陷。第一，临床一线化疗药物（如紫杉醇、多柔比星等）不能特异性识别肿瘤细胞，副作用大且过分抑制机体免疫，引发骨髓抑制和心脏毒性等严重的组织损伤。第二，临床治疗要求肿瘤细胞蓄积足够的药物，并能对药物产生敏感；但是，化疗过程中肿瘤细胞发生结构与功能进化，能对作用机制不同的多类药物产生对抗，并将胞内药物“泵出”（多药耐药性）。而后，多药耐药细胞很快发展为肿瘤的主体成分，导致化疗的失败和肿瘤复发。因此，使用特定的药物载体构建生物功能性药物传输系统，有望实现抗肿瘤药物的靶向传输和肿瘤细胞内释放，高效抑制肿瘤细胞“耐药性”，这已引起研究人员广泛的关注。
由于介孔硅和铁基纳米材料良好的生物相容性，优良的药物装载能力及独特的物理化学性质等特性，已被广泛开发为抗肿瘤药物的药物传输系统。该类纳米药物传输系统能利用其在肿瘤部位增强渗透和滞留性效应（EPR），实现负载药物在肿瘤组织的富集和累积。同时，药物传输系统还能够根据临床需求而调控药物的包封效率并对其表面修饰靶向分子，提高肿瘤细胞的吞噬效率，从而降低化疗药物针对正常组织的毒副作用。此外，铁基纳米材料具有光热、磁热等独特性能，兼具肿瘤的热疗及放疗等疗效。但是，铁基/硅基药物传输系统在肿瘤的化疗和热疗过程中，常会产生相应的耐药性和耐热性。同时肿瘤组织本身的低氧环境也会使化疗和放疗等的效果不佳。因此，开发能够克服肿瘤治疗障碍的新型药物传输系统具有非常紧迫的临床需求和现实意义。
综上所述，本论文基于介孔硅和铁基纳米材料，设计并合成了几种新型纳米药物传输系统并对其表面进行生物功能化，力求建立遏制肿瘤治疗障碍的新思路，并在体内和体外分别评价了其相应的肿瘤抑制疗效。本文论文主要的研究内容和结果如下：
①还原响应性肿瘤靶向中空介孔硅纳米载药系统的构建及抗肿瘤效果评价为了提高化疗药物递送效率，我们选用中空介孔硅作为药物载体，通过还原敏感性的二硫键将转铁蛋白（Tf）修饰到介孔硅表面，其中转铁蛋白既作为封堵物，阻止药物从介孔中漏出，又可作为肿瘤的靶向分子，提高肿瘤细胞对纳米颗粒的吞噬效率。相关实验结果证明我们成功地制备了还原响应性肿瘤靶向中空介孔硅纳米载药系统（HMSNs-S-S-Tf@DOX）。对纳米系统药物释放行为的测试表明该系统具有GSH触发的药物释放特性。体外肿瘤细胞吞噬实验，体内纳米颗粒的生物分布和小鼠活体成像实验证实转铁蛋白赋予了该纳米系统肿瘤靶向能力。进一步地，我们在体外细胞水平上对HMSNs-S-S-Tf@DOX系统进行了激光共聚焦，细胞流式和细胞活性（ MTT ）等细胞凋亡分析实验，相关结果表明HMSNs-S-S-Tf@DOX系统具有更好的促细胞凋亡效果，说明该系统具有更高的药物递送效率。最后，我们对HMSNs-S-S-Tf@DOX在荷瘤小鼠身上进行了抗肿瘤效果评价，结果证明相比纯药，HMSNs-S-S-Tf@DOX的药物递送效率更高，同时有效降低了DOX的毒副作用。另外相关体内实验结果还说明HMSNs-S-S-Tf具有良好的生物相容性和安全性。本研究为高效，安全的癌症治疗提供了一个有前景的药物递送系统。
②pH/交变磁场双响应的磁靶向氧化铁纳米载药系统的构建及热化疗联合抗肿瘤效果评价
为了进一步提高纳米药物化疗的效果，我们基于纳米氧化铁磁热的性质，构建了 pH/交变磁场双响应的氧化铁复合纳米载药系统对肿瘤进行热疗和化疗联合治疗。以纳米氧化铁为核心，在其表面包裹聚吡咯（PPy），其中聚吡咯上面进一步修饰PEG使纳米颗粒获得亲水性。在装载阿霉素（DOX）之后，由于聚吡咯具有pH与热刺激双响应性，同时基于纳米氧化铁核心的磁热性质，赋予整个纳米系统pH与交变磁场双响应的药物释放特性及对肿瘤热化疗联合治疗的潜力。相关实验证实我们成功制备了 pH/交变磁场双响应的氧化铁纳米载药系统（Fe2O3@PPy-DOX-PEG）。对纳米系统药物释放行为的测试表明该系统具有 pH和交变磁场触发的药物释放特性。体内外热成像数据表明在交变磁场条件下Fe2O3@PPy-DOX-PEG纳米系统可以产热并且可以对肿瘤进行热疗。体外细胞水平上的凋亡检测实验（激光共聚焦，苔盼蓝染色，细胞流式，MTT细胞活性检测）表明热疗与化疗的联合疗法疗效显著优于单纯的化疗。最后，我们用荷瘤小鼠对Fe2O3@PPy-DOX-PEG进行了体内抗肿瘤效果评估。结果发现，联合治疗的抑瘤效果显著高于单纯的化疗或者热疗，并且 Fe2O3@PPy-DOX-PEG 在体内表现出良好的生物相容性和安全性。
③还原响应性肿瘤靶向载氧氧化铁纳米载药系统的构建及氧敏化的肿瘤化疗效果评价
为了克服肿瘤缺氧微环境诱导的化疗耐药性，我们制备了具有氧气输送能力的还原响应性氧化铁纳米药物载体。选用多孔中空氧化铁纳米颗粒为基材，将能够运载氧气的全氟化碳（PFC）载入氧化铁的空腔中，表面用含乳糖酸（LA）的两亲性聚合物（LA-PEG-S-S-C18PMH）进行修饰，并在表面疏水区载入疏水性化疗药物依托泊苷（EP）。相关表征手段证实我们成功地制备了还原响应性肿瘤靶向载氧氧化铁纳米载药系统（PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP）。溶液中氧气释放实验证实PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP纳米系统具有较高的氧气装载量和良好的氧气释放能力。在体外细胞水平上，我们运用western bolting证明该载氧纳米系统可以有效缓解细胞缺氧状态，表明其良好的氧气输送能力。同时，通过激 光 共 聚 焦 ， 细 胞 流 式 和 MTT 细 胞 活 性 检 测 ， 我 们 发 现PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP 可以有效抑制缺氧诱导的细胞耐药性，显著提高缺氧环境下的化疗表现。最后，在体内实验中，我们利用光声成像，瘤内氧分压检测，证明该载氧纳米系统可以向肿瘤部位高效运输氧气。此外，我们用荷瘤小鼠对PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP进行了体内抗肿瘤效果评估，结果证明与简单的化疗相比，载氧与化疗的联合在消除肿瘤遏制低氧耐药方面具有更加显著的作用，有望进一步用于临床转化。
④还原响应性肿瘤靶向普鲁士蓝纳米载药系统的构建及饥饿与光热联合抗肿瘤效果评价
为了遏制光热过程中细胞的热抵抗力以进一步优化光热的肿瘤抑制效果，我们成功构建了具有肿瘤饥饿能力的还原响应性肿瘤光热普鲁士蓝纳米药物系统。将葡萄糖氧化酶（GOx）载入多孔中空普鲁士蓝纳米颗粒（PHPBN）中，然后引入透明质酸封堵葡萄糖氧化酶，制备多功能普鲁士蓝纳米药物载体（ PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx ）。相关表征实验证实我们成功地构建了PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx。纳米系统体外药物释放行为实验证明该系统拥有GSH触发的GOx释放特性。体外溶液pH值和H2O2浓度测试表明该纳米系统具有良好的葡萄糖消耗能力。细胞水平 ATP 检测实验进一步证实了PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx 具有显著的饥饿作用。细胞水平和动物水平 western bloting 检测结果表明纳米细胞可以有效抑制热细胞蛋白（HSPs）的表达，瓦解肿瘤的热抵抗力。最后，我们用荷瘤小鼠对PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx进行了体内抗肿瘤效果评估，结果表明该系统具有良好的肿瘤饥饿效果，同时饥饿联合光热治疗可以有效突破肿瘤的热抵抗，敏化肿瘤光热疗效，本纳米系统对联合治疗瓦解肿瘤治疗瓶颈具有指导意义。
由于介孔硅和铁基纳米材料良好的生物相容性，优良的药物装载能力及独特的物理化学性质等特性，已被广泛开发为抗肿瘤药物的药物传输系统。该类纳米药物传输系统能利用其在肿瘤部位增强渗透和滞留性效应（EPR），实现负载药物在肿瘤组织的富集和累积。同时，药物传输系统还能够根据临床需求而调控药物的包封效率并对其表面修饰靶向分子，提高肿瘤细胞的吞噬效率，从而降低化疗药物针对正常组织的毒副作用。此外，铁基纳米材料具有光热、磁热等独特性能，兼具肿瘤的热疗及放疗等疗效。但是，铁基/硅基药物传输系统在肿瘤的化疗和热疗过程中，常会产生相应的耐药性和耐热性。同时肿瘤组织本身的低氧环境也会使化疗和放疗等的效果不佳。因此，开发能够克服肿瘤治疗障碍的新型药物传输系统具有非常紧迫的临床需求和现实意义。
综上所述，本论文基于介孔硅和铁基纳米材料，设计并合成了几种新型纳米药物传输系统并对其表面进行生物功能化，力求建立遏制肿瘤治疗障碍的新思路，并在体内和体外分别评价了其相应的肿瘤抑制疗效。本文论文主要的研究内容和结果如下：
①还原响应性肿瘤靶向中空介孔硅纳米载药系统的构建及抗肿瘤效果评价为了提高化疗药物递送效率，我们选用中空介孔硅作为药物载体，通过还原敏感性的二硫键将转铁蛋白（Tf）修饰到介孔硅表面，其中转铁蛋白既作为封堵物，阻止药物从介孔中漏出，又可作为肿瘤的靶向分子，提高肿瘤细胞对纳米颗粒的吞噬效率。相关实验结果证明我们成功地制备了还原响应性肿瘤靶向中空介孔硅纳米载药系统（HMSNs-S-S-Tf@DOX）。对纳米系统药物释放行为的测试表明该系统具有GSH触发的药物释放特性。体外肿瘤细胞吞噬实验，体内纳米颗粒的生物分布和小鼠活体成像实验证实转铁蛋白赋予了该纳米系统肿瘤靶向能力。进一步地，我们在体外细胞水平上对HMSNs-S-S-Tf@DOX系统进行了激光共聚焦，细胞流式和细胞活性（ MTT ）等细胞凋亡分析实验，相关结果表明HMSNs-S-S-Tf@DOX系统具有更好的促细胞凋亡效果，说明该系统具有更高的药物递送效率。最后，我们对HMSNs-S-S-Tf@DOX在荷瘤小鼠身上进行了抗肿瘤效果评价，结果证明相比纯药，HMSNs-S-S-Tf@DOX的药物递送效率更高，同时有效降低了DOX的毒副作用。另外相关体内实验结果还说明HMSNs-S-S-Tf具有良好的生物相容性和安全性。本研究为高效，安全的癌症治疗提供了一个有前景的药物递送系统。
②pH/交变磁场双响应的磁靶向氧化铁纳米载药系统的构建及热化疗联合抗肿瘤效果评价
为了进一步提高纳米药物化疗的效果，我们基于纳米氧化铁磁热的性质，构建了 pH/交变磁场双响应的氧化铁复合纳米载药系统对肿瘤进行热疗和化疗联合治疗。以纳米氧化铁为核心，在其表面包裹聚吡咯（PPy），其中聚吡咯上面进一步修饰PEG使纳米颗粒获得亲水性。在装载阿霉素（DOX）之后，由于聚吡咯具有pH与热刺激双响应性，同时基于纳米氧化铁核心的磁热性质，赋予整个纳米系统pH与交变磁场双响应的药物释放特性及对肿瘤热化疗联合治疗的潜力。相关实验证实我们成功制备了 pH/交变磁场双响应的氧化铁纳米载药系统（Fe2O3@PPy-DOX-PEG）。对纳米系统药物释放行为的测试表明该系统具有 pH和交变磁场触发的药物释放特性。体内外热成像数据表明在交变磁场条件下Fe2O3@PPy-DOX-PEG纳米系统可以产热并且可以对肿瘤进行热疗。体外细胞水平上的凋亡检测实验（激光共聚焦，苔盼蓝染色，细胞流式，MTT细胞活性检测）表明热疗与化疗的联合疗法疗效显著优于单纯的化疗。最后，我们用荷瘤小鼠对Fe2O3@PPy-DOX-PEG进行了体内抗肿瘤效果评估。结果发现，联合治疗的抑瘤效果显著高于单纯的化疗或者热疗，并且 Fe2O3@PPy-DOX-PEG 在体内表现出良好的生物相容性和安全性。
③还原响应性肿瘤靶向载氧氧化铁纳米载药系统的构建及氧敏化的肿瘤化疗效果评价
为了克服肿瘤缺氧微环境诱导的化疗耐药性，我们制备了具有氧气输送能力的还原响应性氧化铁纳米药物载体。选用多孔中空氧化铁纳米颗粒为基材，将能够运载氧气的全氟化碳（PFC）载入氧化铁的空腔中，表面用含乳糖酸（LA）的两亲性聚合物（LA-PEG-S-S-C18PMH）进行修饰，并在表面疏水区载入疏水性化疗药物依托泊苷（EP）。相关表征手段证实我们成功地制备了还原响应性肿瘤靶向载氧氧化铁纳米载药系统（PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP）。溶液中氧气释放实验证实PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP纳米系统具有较高的氧气装载量和良好的氧气释放能力。在体外细胞水平上，我们运用western bolting证明该载氧纳米系统可以有效缓解细胞缺氧状态，表明其良好的氧气输送能力。同时，通过激 光 共 聚 焦 ， 细 胞 流 式 和 MTT 细 胞 活 性 检 测 ， 我 们 发 现PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP 可以有效抑制缺氧诱导的细胞耐药性，显著提高缺氧环境下的化疗表现。最后，在体内实验中，我们利用光声成像，瘤内氧分压检测，证明该载氧纳米系统可以向肿瘤部位高效运输氧气。此外，我们用荷瘤小鼠对PHMNP-S-S-PEG-LA@PFC(O2)/EP进行了体内抗肿瘤效果评估，结果证明与简单的化疗相比，载氧与化疗的联合在消除肿瘤遏制低氧耐药方面具有更加显著的作用，有望进一步用于临床转化。
④还原响应性肿瘤靶向普鲁士蓝纳米载药系统的构建及饥饿与光热联合抗肿瘤效果评价
为了遏制光热过程中细胞的热抵抗力以进一步优化光热的肿瘤抑制效果，我们成功构建了具有肿瘤饥饿能力的还原响应性肿瘤光热普鲁士蓝纳米药物系统。将葡萄糖氧化酶（GOx）载入多孔中空普鲁士蓝纳米颗粒（PHPBN）中，然后引入透明质酸封堵葡萄糖氧化酶，制备多功能普鲁士蓝纳米药物载体（ PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx ）。相关表征实验证实我们成功地构建了PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx。纳米系统体外药物释放行为实验证明该系统拥有GSH触发的GOx释放特性。体外溶液pH值和H2O2浓度测试表明该纳米系统具有良好的葡萄糖消耗能力。细胞水平 ATP 检测实验进一步证实了PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx 具有显著的饥饿作用。细胞水平和动物水平 western bloting 检测结果表明纳米细胞可以有效抑制热细胞蛋白（HSPs）的表达，瓦解肿瘤的热抵抗力。最后，我们用荷瘤小鼠对PHPBNs-S-S-HA-PEG@GOx进行了体内抗肿瘤效果评估，结果表明该系统具有良好的肿瘤饥饿效果，同时饥饿联合光热治疗可以有效突破肿瘤的热抵抗，敏化肿瘤光热疗效，本纳米系统对联合治疗瓦解肿瘤治疗瓶颈具有指导意义。