智能化磁性納米藥物載體系統(tǒng)的構(gòu)建與生物學(xué)評(píng)價(jià).pdf

1、納米技術(shù)的工程化應(yīng)用可追溯到二十世紀(jì)五十年代,在過去幾十年間得到了極大的發(fā)展。基于納米技術(shù)衍生的納米材料是一類非常規(guī)材料,具有全新的物理化學(xué)性能,相對(duì)于宏觀材料,納米材料以其特有的量子效應(yīng)、納米尺度效應(yīng)使它們?cè)诳茖W(xué)研究和工程技術(shù)應(yīng)用中占有獨(dú)特的地位,獲得科學(xué)家們的青睞。經(jīng)過多年的發(fā)展,納米科學(xué)研究已經(jīng)在材料選取、多維納米尺度構(gòu)建、功能化和智能化應(yīng)用方面得到了長足有效的發(fā)展,獲得眾多臨床化應(yīng)用成果,取得了一系列新突破和新發(fā)現(xiàn),使納米技術(shù)在

2、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、軍工和能源等多個(gè)領(lǐng)域都能一展所長。磁性納米材料是眾多工程納米材料中的佼佼者,磁性材料本身具備其他非磁材料都不具備的獨(dú)特優(yōu)良特性,即磁學(xué)性能。該性能使其能夠?qū)ν饧哟判盘?hào)或外部磁場做出迅速磁響應(yīng),使得磁性材料能夠高效地運(yùn)用于磁性分離純化、手性物質(zhì)篩選、細(xì)胞/細(xì)菌分離、固定化酶、藥物靶向遞送、刺激-響應(yīng)性控制釋放以及高頻交變磁場產(chǎn)熱治療腫瘤等等方面。然而,納米材料尤其是無機(jī)金屬材料通常具有一些潛在問題:一方面是如何構(gòu)建

3、特異性表面改性材料,使其能夠智能化和特異性地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能;另一方面就顯得更為重要和迫切:當(dāng)納米材料應(yīng)用到體內(nèi)環(huán)境中時(shí),必須考察材料是否具備良好的血液、組織和生物相容性,能否不產(chǎn)生或少產(chǎn)生排異反應(yīng),炎癥反應(yīng)的引發(fā)以及程度輕重,如何評(píng)價(jià)納米顆粒在細(xì)胞、組織和器官中的運(yùn)輸途徑和作用機(jī)理,以及納米材料是否能夠通過代謝作用從體內(nèi)排出從而減小材料對(duì)機(jī)體正常功能的影響等等。這些都是阻礙納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)一步運(yùn)用發(fā)展所面臨迫在眉睫的問題。

4、　　本研究主要集中于功能化和智能化磁性藥物載體的制備、應(yīng)用及生物學(xué)評(píng)價(jià)等方面。將所制備的磁性納米材料應(yīng)用于以下兩個(gè)用途：血液中有害成分的磁性分離；藥物遞送和腫瘤熱療。首先通過水熱法制備磁性納米顆粒,并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)目標(biāo)功能化表面改性,構(gòu)建出核殼型藥物載體用于血液中毒性物質(zhì)分離;另一方面,利用聚苯乙烯高分子納米微球作為模板,在其外層包覆磁性外殼,再利用煅燒或有機(jī)溶劑去除聚苯乙烯模板,得到中空磁性微球用于抗癌藥物的靶向遞送、控制釋放和定點(diǎn)熱療

5、。最后對(duì)材料的血液相容性、生物相容性、顆粒在細(xì)胞和組織中的分布及其轉(zhuǎn)運(yùn)代謝途徑,以及對(duì)癌癥(肝癌腫瘤模型)的療效等方面進(jìn)行相關(guān)研究。主要內(nèi)容包括：
　?、挪煌?結(jié)構(gòu)磁性納米顆粒的制備和表征。利用水熱法、共沉淀法、氧化還原法和模板法制備出不同尺度和不同形貌的磁性納米顆粒,并通過表面修飾改性得到不同功能化磁珠以用于特定目的生物學(xué)應(yīng)用。并利用多種檢測(cè)手段深入研究了顆粒的理化性質(zhì):利用場發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡對(duì)磁性顆粒進(jìn)行形貌表征、利

6、用 X射線衍射儀研究顆粒的晶體類型、采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)研究其磁學(xué)性能等。結(jié)果顯示:所制備的磁性納米顆粒分散良好、粒徑均一、形態(tài)規(guī)則、具有良好的磁學(xué)性能,能夠?qū)ν饧哟艌隹焖夙憫?yīng)。磁性顆粒晶體類型經(jīng)XRD檢測(cè)證實(shí):顆粒呈高結(jié)晶度化,晶型符合典型尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)。
　?、痞?環(huán)糊精表面功能化磁性納米顆粒對(duì)血液中安眠藥的吸附凈化。安眠藥(地西泮)是一種常用的鎮(zhèn)定類抗焦慮小分子疏水性藥物,具有鎮(zhèn)定、止痛和幫助睡眠等功用,誤服或服用過量安眠藥

7、會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用,處理不及時(shí)或治療不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致死亡。臨床對(duì)該類病例的治療通常采用血液灌流,即采用活性炭柱(炭腎)物理吸附這些疏水小分子毒物來達(dá)到治療目的。但通常來說,炭腎制備成本較高,制備過程復(fù)雜且不能重復(fù)利用。本文利用β-環(huán)糊精這一具有獨(dú)特立體結(jié)構(gòu)的化合物,即內(nèi)腔疏水外側(cè)親水的杯狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì),通過咪唑化接枝至氨基化硅烷偶聯(lián)劑修飾的磁性納米顆?；w上,構(gòu)建了一種可以高效吸附血液中疏水性小分子有毒成分的磁性藥物載體。該載體可有效地將安眠藥

8、吸附在環(huán)糊精的疏水空腔內(nèi),在吸附完成后,利用外加磁鐵對(duì)附著安眠藥的磁性載體進(jìn)行吸附移除,使血液得到凈化。掃描電鏡及透射電鏡結(jié)果表明β-環(huán)糊精修飾磁性復(fù)合顆粒呈規(guī)則球狀,磁性性能檢測(cè)證明顆粒具有良好的超順磁性,繼而通過晶體類型分析,紅外特征光譜檢測(cè)、Zeta電位測(cè)定、元素/熱重分析證實(shí)β-環(huán)糊精磁性納米藥物載體的成功制備。在靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中,對(duì)不同吸附參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):該磁性藥物載體在正常機(jī)體溫度和血液pH下,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有毒藥物安眠藥實(shí)現(xiàn)高

9、效快速分離,其分離效率與現(xiàn)今臨床使用的活性炭不相上下,在對(duì)材料的血液相容性研究中,發(fā)現(xiàn)顆粒具有良好的抗凝血性能,材料的溶血率指標(biāo)符合國際臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),且不會(huì)引起明顯的血小板激活。該磁性載體的制備成本低廉并能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備,具有一定的實(shí)際臨床應(yīng)用價(jià)值。同時(shí),該體系同樣也適用于各種疏水性小分子藥物的吸附凈化和分離。
　?、歉嗡?殼聚糖復(fù)合磁性納米顆粒在低密度脂蛋白吸附中的應(yīng)用。針對(duì)低密度脂蛋白這一動(dòng)脈硬化的重要誘發(fā)因子,利用殼聚糖這一

10、具有良好吸附特性的化學(xué)物質(zhì)對(duì)磁性納米顆粒進(jìn)行表面改性,得到殼聚糖表面交聯(lián)的磁性納米顆粒,并通過接枝肝素來提高磁性載體的血液相容性,得到了肝素-殼聚糖-磁性納米顆粒的復(fù)合體系。通過掃描電鏡、透射電鏡、磁滯回線、熱重分析、元素分析等手段對(duì)該藥物載體進(jìn)行表征以證明體系的成功制備。在對(duì)高脂血進(jìn)行靜態(tài)吸附研究發(fā)現(xiàn):肝素/殼聚糖修飾的磁性載體能夠選擇性吸附血液中的低密度脂蛋白(“壞”膽固醇),而對(duì)“好”的膽固醇(高密度脂蛋白)吸附量則相對(duì)較小,體現(xiàn)

11、出選擇性吸附特性。在吸附完成后,用磁鐵回收顆粒并用高濃度氯化鈉溶液對(duì)顆粒進(jìn)行洗滌,可洗脫磁性顆粒表面吸附的低密度脂蛋白,而使磁性吸附劑得以重生并進(jìn)行再循環(huán)使用,有效降低了成本。實(shí)驗(yàn)證明:經(jīng)過八個(gè)循環(huán)重新使用,肝素/殼聚糖表面功能化磁性納米載體仍然體現(xiàn)出對(duì)低密度脂蛋白良好的選擇性吸附特性。
　　⑷溫度響應(yīng)性藥物控釋系統(tǒng)在熱-化學(xué)聯(lián)合療法在肝癌治療中的應(yīng)用。利用模板法制備磁性中空納米顆粒,并對(duì)中空納米顆粒的形貌、晶體類型、磁學(xué)性能、產(chǎn)

12、熱能力進(jìn)行了相關(guān)理化性質(zhì)表征。通過向顆?？涨恢屑虞d溫敏相變材料,通過將藥物共混在雙親性相變材料十四烷醇中,中空藥物載體可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)親水和疏水藥物的儲(chǔ)存和遞送能力;同時(shí)由于磁性殼層的存在,我們可利用磁性顆粒的磁性特性,在外加磁場的作用下將磁性藥物載體靶向輸送并固定至瘤區(qū),并在高頻交變磁場的作用下,觸發(fā)該磁性藥物載體產(chǎn)熱,當(dāng)溫度達(dá)到和超過溫敏材料的相變溫度時(shí),十四烷醇液化,所共混的抗癌藥物會(huì)隨之釋放。在此過程中,可以通過控制交變磁場的開關(guān)來

13、實(shí)現(xiàn)“開關(guān)式”控制釋放,實(shí)現(xiàn)熱-化學(xué)聯(lián)合治療的效果。經(jīng)透射電鏡觀察吞噬了磁性顆粒的細(xì)胞切片,發(fā)現(xiàn)磁性納米藥物載體在可被細(xì)胞大量吞噬,顆粒以胞吞作用的方式進(jìn)入細(xì)胞胞質(zhì),但不能進(jìn)入細(xì)胞核。我們進(jìn)一步通過激光共聚焦顯微鏡、DNA ladder、CCK8檢測(cè)細(xì)胞在接載顆粒后的形態(tài)和活性變化,考察聯(lián)合治療療法相對(duì)于單純熱療和單純化療療法的療效。所得結(jié)果證明聯(lián)合治療能更有效和完全地殺死癌細(xì)胞,這一點(diǎn)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也得到了相應(yīng)證實(shí):相對(duì)于對(duì)照組和單一手