基于金属有机框架(MOFs)的仿生纳米递送系统的构建及其用于乏氧肿瘤的光动力治疗

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肿瘤已成为严重危害人类健康的疾病,而对于肿瘤的治疗也出现了多种多样的方法,尤其是根据肿瘤微环境的特性而进行的各种方法的联合治疗已成为目前研究的新方向。随着纳米医学的深入研究和快速发展,光动力治疗(PDT)因为靶向性好、对正常组织损伤小、低侵入性、经济性、无耐药性等优点日渐成为一种非常有前景的癌症治疗新型疗法。但是PDT治疗的效果受到光敏剂(PS)的聚集、肿瘤靶向定位差和乏氧肿瘤微环境的限制。PDT需要充足的氧气供应和光敏剂的有效递送,但实体瘤的乏氧状态会与PDT形成恶性循环。此外,纳米载体在体内还需成功实现免疫逃逸。如何设计合成适宜的纳米载体协同解决实体瘤的乏氧问题,在体内完全避免免疫清除,将光敏剂靶向递送到肿瘤组织是光动力治疗中亟待解决的关键问题。纳米金属-有机框架材料(NMOFs)以其合成方便,结构可调,易于修饰,孔道规则,比表面积大等优点已成为优良的纳米药物载体。其配位键在弱酸性的肿瘤微环境中易降解,从而可实现对负载的光敏剂、药物等的智能响应性释放,因此在生物医学范畴具备广阔的发展应用空间。本文基于金属-有机框架(MOF)材料的优点,围绕如何克服TME对光动力治疗、化学治疗等纳米药物治疗模式的限制这一科学问题,设计制备了仿生纳米递送系统,开展了肿瘤的协同治疗研究。本论文第一章综述了肿瘤的相关治疗手段,详细介绍了光动力治疗的原理和效果限制因素、纳米药物载体的类型、纳米金属有机框架(NMOFs)应用在生物医学领域的研究现状、肿瘤微环境的特点及仿生纳米递送体系的研究概况,提出了论文的研究背景及研究意义。论文的第二章基于克服光敏剂聚集性及疏水性等问题,我们将光敏剂内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩(TCPP)与2-氨基对苯二甲酸共同与Zr4+配位,通过一锅法直接合成UiO-66-NH2@TCPP,然后在其孔道内负载盐酸阿霉素(DOX);进行相关性质的验证,证明合成的UiO-66-NH2@TCPP@DOX依然保持金属-有机框架(MOFs)材料的优点,具有稳定的金属框架结构,在微酸环境中易降解,可以将其中的药物释放出来,同时因光敏剂TCPP是作为有机配体构成NMOFs,有效避免了常规负载光敏剂方法造成的光敏剂的聚集,可以留出NMOFs孔道空间来负载化疗药物盐酸阿霉素。通过光谱分析表明,盐酸阿霉素的负载量为31%,TCPP的负载量为10.9%。论文第三章以小鼠黑素瘤细胞B16F10为模型研究了合成的UiO-66-NH2@TCPP@DOX的体外抗肿瘤活性,结果表明UiO-66-NH2@TCPP@DOX在胞外和细胞内都具有良好的产生单线态氧的能力。通过在光处理和暗处理条件下的细胞毒实验及活死细胞荧光染色实验对比证明其在体外能够明显杀伤肿瘤细胞,尤其是在660nm激光照射下,细胞存活率为55%,表明UiO-66-NH2@TCPP@DOX光动力联合化疗药物对肿瘤细胞的杀伤效果优于单一的光动力治疗和化疗药物。论文第四章为克服肿瘤微环境乏氧对光动力治疗的限制,并实现载药体系在体内的免疫逃逸,构建了具有自供氧能力的仿生纳米药物递送系统UiO-66-NH2@TCPP@DOX@CAT@M,通过戊二醛将过氧化氢酶连接在UiO-66-NH2@TCPP@DOX表面,最后将UiO-66-NH2@TCPP@DOX@CAT表面包裹了一层肿瘤细胞膜,合成了具有仿生功能的供氧光动力治疗纳米药物递送系统UiO-66-NH2@TCPP@DOX@CAT@M,外面包覆的细胞膜不仅能够逃逸宿主免疫系统的清除,也提高了对肿瘤组织的同源靶向性和富集能力。在激光的照射,光敏剂TCPP发挥光动力治疗的效果,同时过氧化氢酶会催化肿瘤细胞中的过氧化氢产生氧气,解决实体瘤乏氧微环境对光动力治疗的限制,提高光动力治疗的效果。通过体外的细胞毒实验及活死细胞荧光染色实验及荷瘤小鼠的体内实验结果证实,我们构建的纳米粒子具有缓解肿瘤乏氧的作用,通过增强的光动力治疗和化学治疗之间的联合作用,有效的抑制小鼠黑素瘤的生长。同时,该纳米药物还表现出良好的生物相容性。论文第五章对整体研究内容进行了总结,并提出该领域进一步需要解决的科学和技术问题。
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