金納米材料在腫瘤治療中的應用及其對細胞自噬的調控.pdf

1、金納米顆粒是一種非常重要的金屬納米材料，其獨特的光學性質，易控的表面化學性能和良好的生物相容性使其成為基礎研究及應用研究的熱點。由于金具有較高的原子序數，可以增強放射線對腫瘤區(qū)域的影響，因而金納米材料被廣泛地用于腫瘤放療增敏。某些金納米材料（如金納米棒和金納米刺）的近紅外吸收特性使其具有獨特的光熱效應，從而被廣泛地用于腫瘤的聯合治療。另外，放射治療還可以誘導細胞自噬應激反應，并且自噬與腫瘤存在雙重關系，這一特性也為腫瘤防治提供了兩種截然

2、不同的思路:抑制自噬提高抗癌治療效果，或激活自噬誘導腫瘤細胞發(fā)生自噬性死亡。因此，目前尚不能盲目地將自噬誘導劑或抑制劑應用于臨床，否則不但不能阻止腫瘤的發(fā)生，反而會促進腫瘤的發(fā)展。
　　基于以上研究背景，本文將以表面粗糙且呈刺突狀的金納米刺(GNSs)為研究主體，圍繞金納米刺在腫瘤放療和熱療中的應用做了一系列研究。具體說來，主要包含以下幾方面的內容:
　　1.比較研究不同形貌的金納米材料的放療增敏特性
　　為了深入闡述

3、不同形貌的金納米材料對放射治療的影響，選用了粒徑相同(50nm左右)且表面均為聚乙二醇(PEG)修飾的三種金納米結構，即金納米球、金納米刺、金納米棒，并對其放療增敏特性進行了系統(tǒng)性地評價。實驗發(fā)現，金納米球、金納米刺、金納米棒的放療增敏比(SER)依次為1.62、1.37、1.21，表明三種金納米結構均具有放療增敏效應，且材料的SER與細胞攝取率之間存在正相關性。通過進一步對SER與細胞攝取率的比值進行歸一化分析，結果發(fā)現，平均每個金原

4、子對放療增敏的貢獻幾乎一致。也就是說，為實現更大程度的癌細胞殺傷效率，只需要增加金原子的細胞攝取效率即可。通過設計特定形貌的金納米結構可實現最大限度的細胞內化。該項研究對于如何設計有效的金納米結構以用于癌癥的放射治療具有重要的指導意義。
　　2.配體修飾的金納米刺放療增敏作用及細胞自噬應激反應
　　由于金納米刺(GNSs)細胞攝取率低，極大地限制了其放療增敏效果。為此制備得到了表面均為PEG修飾且末端帶有不同配體(包括甲氧基

5、、氨基NH2、葉酸FA和細胞穿膜肽TAT)的金納米刺（即GNSs、NH2-GNSs、FA-GNSs和TAT-GNSs），并評價了它們在細胞攝取率和放療增敏效果方面的差異。實驗發(fā)現，不同配體修飾的金納米刺的細胞攝取率依次為:TAT-GNSs＞FA-GNSs＞NH2-GNSs＞GNSs。這些材料的放療增敏比SER(依次為2.30、1.84、1.57和1.34)與其細胞攝取率相一致:即TAT-GNSs＞FA-GNSs＞NH2-GNSs＞GNS

6、s。相比于單一PEG化的金納米刺（端基為甲氧基的GNSs），配體修飾的金納米刺可顯著提高癌細胞的放療增敏效應。還進一步從材料的細胞攝取路徑、活性氧產生、線粒體膜電位變化、細胞周期和凋亡等生物學效應角度，深入闡述了放療增敏的潛在機制。結果表明，配體修飾的金納米刺聯合放療可誘導細胞內活性氧的產生、線粒體膜電位的下降和細胞周期的再分布等。其中，活性氧增多在其中起關鍵作用。
　　此外，還探索了細胞自噬與放療增敏之間的關系。結果顯示，自噬作

7、為一種溶酶體依賴的降解途徑，在金納米刺介導的放射治療中扮演重要角色。蛋白印跡檢測結果表明，配體修飾的金納米刺能夠誘導自噬相關蛋白(LC3-Ⅱ)和凋亡相關蛋白（caspase-3）的表達增多;通過對自噬降解底物p62蛋白的定量分析，發(fā)現金納米刺可誘導p62的表達增多，這表明金納米刺可損害自噬溶酶體降解能力并導致自噬小體的積累。在自噬抑制劑3-MA的作用下，PEG化的金納米刺及其聯合放射治療均使細胞凋亡比率明顯增加，即自噬在放療中起保護性作

8、用，而抑制自噬則可極大地促進細胞凋亡。該研究加深了對金納米材料細胞攝取規(guī)律的認識，并明確了自噬抑制劑可以顯著增加放療抗癌效果。
　　3.金納米刺介導的高熱效應在光熱和放療協(xié)同抗癌中的應用
　　基于金納米刺良好的光熱效應和放療增敏特性，建立了一種基于金納米刺的光熱/放療聯合抗癌策略。通過大量的體外和體內實驗，系統(tǒng)性地評價了金納米刺介導的光熱/放射聯合治療效果。金納米刺的SER為1.38，而金納米刺聯合光熱治療的SER增加到1.