基于生物相容性好的铁基纳米配位聚合物材料的制备及其在“铁死亡”中的应用

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近年来,癌症已经成为了威胁人类健康的重大疾病之一。传统的癌症治疗方法存在副作用大、机体易产生耐药性等弊端。因此,如何围绕新的细胞死亡方式,发展癌症治疗手段成为当下亟待研究的课题之一。2012年,Dixon等人发现并报道了一种铁依赖的、由于活性氧(ROS)含量异常增加而引起的不同于凋亡、自噬等的细胞死亡方式,并将其命名为“铁死亡”。作为一种新发现的细胞程序性死亡方式,“铁死亡”在癌症治疗中拥有巨大的应用潜力。如何通过增加细胞内的铁含量,进而导致细胞内活性氧的积累,也成为了将“铁死亡”应用到癌症治疗的关键。在此基础上,拥有良好生物相容性的铁基配位聚合物材料,不仅能够作为载体向癌细胞细胞输送具有ROS诱导功能的小分子药物,也能够在癌细胞中降解,从而释放铁离子为“铁死亡”提供铁源。基于上述背景,本论文以构建基于“铁死亡”的纳米治疗平台为目标,成功合成了具有良好生物相容性的铁基配位聚合物材料,并成功的将其应用到肿瘤治疗中。具体工作内容如下:1、基于磺基水杨酸/Fe3+配位的纳米配位聚合物的制备及其在“铁死亡”中的应用我们选用磺基水杨酸(SSA)为有机配体,Fe3+离子为金属配位中心,通过溶剂热法合成了一种新的纳米配位聚合物(NCP)。随后,我们用NH2-PEG对粒子表面进行了修饰,合成了尺寸为143 nm的PFNC纳米粒子。PFNC在中性PBS溶液中具有良好的分散性和稳定性,但会在pH 6.5和pH 5.0的环境中解离从而释放出Fe3+离子;体外细胞实验证明,SA能够降低细胞内谷胱甘肽(GSH)含量,进而使过氧化氢(H2O2)含量增加,另外,SSA能够明显增强铁离子的细胞毒性;实验结果表明,PFNC能明显增加细胞内的ROS含量,且对MCF-7细胞表现出明显的细胞毒性;我们通过TEM观察了PFNC处理过的MCF-7细胞的微观形貌,结果表明,细胞出现了明显的“铁死亡”的特征形貌,这进一步说明PFNC使MCF-7细胞发生了铁死亡;实验结果表明,PFNC对正常细胞的毒性明显低于癌细胞;体内实验显示,尾静脉注射PFNC和PBS的小鼠肿瘤质量分别为0.15 g和0.90 g,由此可见,PFNC对肿瘤的生长有明显的抑制作用;H&E切片结果表明,尾静脉注射PFNC没有使小鼠的各器官产生病理性反应,这说明PFNC对各器官没有明显的细胞毒性。在实验过程中,我们也发现,PFNC不具备负载药物小分子的能力,这很大程度的阻碍了构建“铁死亡”在内的多功能疗法。2、基于负载顺铂(Pt)的MIL-101(Fe)纳米粒子的制备及其在“铁死亡”中的应用鉴于上一章所合成的PFNC不具备负载小分子药物的能力,在本章节中,我们通过溶剂热法合成了MIL-101纳米粒子并成功吸附了顺铂。TEM观察该纳米粒子的尺寸在300 nm左右且具有较好的分散性;我们借助X射线衍射仪表征了其XRD谱图,材料的特征峰与文献报道的相符合,这进一步证明我们合成了MIL-101纳米粒子;实验结果表明MIL-101对顺铂具有良好的负载能力;体外细胞实验结果表明,负载顺铂的MIL-101的细胞毒性明显高于单独顺铂的细胞毒性;向体系中加入铁螯合剂DFO后粒子的细胞毒性明显降低,这说明铁在体系的细胞毒性中起到关键作用。
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