四-磺酸基苯基卟啉-二氧化鈦納米晶須復(fù)合材料在生物成像與光動力治療中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文分為以下幾個部分進行探討：
　　一、卟啉衍生物/二氧化鈦納米復(fù)合材料的生物相容性和毒性評價
　　四-磺酸基苯基卟啉(TSPP)是一種在光動力治療中廣泛應(yīng)用的卟啉衍生物，然而，它著名的副作用卻影響了它的進一步應(yīng)用。最近，二氧化鈦逐漸被應(yīng)用于各種疾病診療的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，這包括各種癌癥和不同類型的感染。因此，在本文中我們重點探索了利用二氧化鈦納米晶須這種新型材料降低TSPP副作用的可能性。我們嘗試將不同濃度的TSPP，TiO

2、2-TSPP和TiO2注射給三組實驗組大鼠，同時第四組不作處理作為對照。我們通過排泄系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的病理學(xué)、熒光成像、全血細胞計數(shù)(CBC)和血清酶檢測等指標評價毒性。在全血細胞計數(shù)結(jié)果中，不同濃度的注射濃度和不同的注射材料都對實驗結(jié)果有顯著的影響(p＜0.01）。不同的注射劑量和注射試劑同時還顯著的(p＜0.01)改變了血清酶的指標，這包括谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、肌酐和尿素氮等指標。綜合了血清酶，全血細胞計數(shù)，病例切片和熒光成像分析等

3、的實驗結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)低濃度的TSPP-TiO2復(fù)合材料是相對安全的。我們還用MTT實驗來評估材料的細胞毒性，結(jié)果顯示相較于單獨TSPP加光照處理的實驗組，TSPP-TiO2納米材料加光照處理的實驗組的細胞存活率大幅提高。我們總結(jié)得出，TSPP的毒性會隨濃度的增加而變大;然而，通過二氧化鈦納米晶須的吸附可以有效的降低毒性。此外，相較于0.1 mM的TSPP，0.1 mM的TSPP結(jié)合0.6 mM的二氧化鈦納米晶須具有更好的生物安全性。

4、r>　　二、TSPP-TiO2納米復(fù)合材料在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的診療中的應(yīng)用研究
　　類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是人類關(guān)節(jié)炎性疾病中的一種，并且正在影響百分之一人口的健康，它是一種由多因素觸發(fā)的自身免疫性疾病。到目前為止，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的早期診療仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。最近，納米級的二氧化鈦材料正在被應(yīng)用于各種癌癥和炎癥疾病的診療。在本文中我們嘗試利用新型的TSPP-TiO2復(fù)合材料來作為生物成像和光動力治療試劑，從而實現(xiàn)對于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的診療。

5、結(jié)果表明，利用納米復(fù)合材料的光動力治療方案可以通過顯著的降低(p＜0.01）IL-17和TNF-α等指標實現(xiàn)對于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎癥狀的改善。此外，生物熒光成像也可以幫助我們在亞臨床階段診斷出疾病，并且在發(fā)病前標記到受損的關(guān)節(jié)。
　　三、TSPP-TiO2納米復(fù)合材料在光動力治療過程中對于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的生物標志物和骨髓于細胞的影響
　　光動力療法是一種通過誘導(dǎo)細胞凋亡或者壞死來治療良性或者惡性腫瘤的方法，它也可以用來治療微生物

6、感染或者抑制自身性免疫疾病比如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎。在本文中，我們利用TSPP和二氧化鈦納米晶須構(gòu)成的復(fù)合材料進行針對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的光動力治療，并且評價治療對于生物標志物（比如CAT，SOD，GPX，GR，TAO和MDA等）和骨髓干細胞增殖的影響。我們設(shè)置了四個動物模型組，其中三組利用膠原誘導(dǎo)為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎模型并分別給予TP-光照，TP-無光照和安慰劑處理，同時第四組不誘導(dǎo)模型作為健康動物組對照。
　　結(jié)果顯示，經(jīng)過處理的實驗組，除

7、了TAO其他所有的氧化酶和生物標志物指標都發(fā)生了顯著的變化(p＜0.01)。此外，我們還評估了納米復(fù)合材料光動力治療對于骨髓干細胞生長增殖的影響，結(jié)果顯示，相較于50μl和100μl的實驗組，給予25μl TP納米復(fù)合材料處理的實驗組細胞的密度最高（12.33×106個/孔）并且細胞增長率提高了33％。骨髓干細胞正在成為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、組織工程和自身免疫性疾病抑制劑領(lǐng)域的焦點。因此，我們將類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的滑膜細胞同正常的骨髓干細胞共培養(yǎng)，觀察

8、炎性細胞因子(TNF-α和IL-17)分泌的變化。結(jié)果顯示，骨髓干細胞的加入顯著的(p＜0.01）降低了滑膜細胞中TNF-α的分泌(從31.10±1.92(SD) ng L-1到16.12±1.45(SD) ng L-1)，同時對于IL-17無明顯的影響。我們驚喜的發(fā)現(xiàn)，TSPP-TiO2納米復(fù)合材料在針對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的光動力治療中具有更好的生物安全性，可以降低氧化應(yīng)激反應(yīng)并且促進骨髓干細胞的生長增殖，同時骨髓干細胞也可以降低滑膜細胞

9、分泌的炎性生物標志物的水平。
　　四、骨髓干細胞和TSPP-TiO2納米復(fù)合材料在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的光動力治療中的協(xié)同作用
　　類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的病因和治療仍然是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一個挑戰(zhàn)。骨髓干細胞盡管是骨骼系統(tǒng)的附屬，卻已經(jīng)被報道應(yīng)用于各種自身免疫疾病的改善治療。同樣的，TSPP-TiO2納米復(fù)合材料優(yōu)良的診療效果也預(yù)示著其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更加廣泛的應(yīng)用。因此，將復(fù)合材料同骨髓干細胞相結(jié)合的協(xié)同治療或許可以更好的改善類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的診

10、療效果。我們發(fā)現(xiàn)，外源的骨髓干細胞結(jié)合TSPP-TiO2納米復(fù)合材料可以在細胞層面和活體層面顯著的(p＜0.01)降低膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎鼠模型的血清標志物指標(TNF-α和IL-17)，同時影響其他的指標比如關(guān)節(jié)炎癥狀評分，骨髓干細胞計數(shù)，全血細胞計數(shù)等。此外，對于模型動物的足、長骨的熒光生物成像和X光成像結(jié)果也顯示，協(xié)同治療具有很好的效果。我們可以相信，上述研究將為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的診療提供全新的更加有效的方法。
　　五、光動力治療

11、后類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎模型的骨髓干細胞miRNA體外表達評價分析
　　MicroRNA調(diào)控的基因表達已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種疾病，特別是癌癥、心血管疾病和自身免疫性疾病如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的研究。骨髓干細胞同造血干細胞、脂肪細胞和骨細胞共同存在于骨髓之中，因此，他們?nèi)魏我环N的變化都會對其他細胞的功能產(chǎn)生影響。此外，有報道指出在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中，受損的骨組織會加劇這種相互影響。我們對于分別經(jīng)過TSPP和TSPP-TiO2納米復(fù)合材料光動力治療的

12、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎骨髓干細胞的miRNA表達水平進行評估。我們發(fā)現(xiàn)，rno-mir-375-3p和rno-mir-196b-3p同對照組相比上調(diào)了100倍（分別為100.97和100.22）.同樣的，在TSPP-TiO2納米復(fù)合材料處理的骨髓干細胞中上調(diào)的前十位miRNA分別為rno-mir-rno-miR-143-5p(34.40)，rno-miR-141-3p(32.21)，rno-miR-206-3p(21.82)，rno-miR-1

13、81b-5p(21.45),rno-miR-190a-5p(21.17),rno-miR-301a-3p(14.07),rno-miR-497-5p(11.62)和rno-miR-363-5p(10.88)。既然相較于TSPP對照組，TSPP-TiO2納米復(fù)合材料可以非常好的改善關(guān)節(jié)炎模型的癥狀，那么我們大膽猜測上述這些上調(diào)的miRNA同樣可以影響相鄰的造血干細胞和關(guān)節(jié)滑膜的內(nèi)環(huán)境。上述結(jié)果表明，TSPP同二氧化鈦納米晶須相結(jié)合可以降低

14、毒副作用，改善生物相容性，并且我們在早期診斷的基礎(chǔ)上改善了類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎癥狀，從而實現(xiàn)了對于疾病的診療一體。我們相信，上述納米復(fù)合材料不僅僅可以應(yīng)用在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的診療，同樣也可以擴展應(yīng)用到其他的傳染性和非傳染性的疾病，特別是Ⅱ型糖尿病的相關(guān)研究中。
　　六、TSPP-TiO2納米復(fù)合材料在其他疾病，比如糖尿病中的應(yīng)用
　　糖尿病(DM)是一種導(dǎo)致人高血糖的疾病，而光動力療法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于腫瘤組織消融和自身免疫性疾病的

15、改善?；诖?，我們猜想基于TSPP-TiO2納米復(fù)合材料的光動力療法同樣可以應(yīng)用于糖尿?。á裥突颌蛐停┑闹委?。我們選取了三組動物模型，既Ⅰ型糖尿病組，Ⅱ型糖尿病組和正常組。結(jié)果表明，基于TSPP-TiO2納米復(fù)合材料的光動力療法可以顯著地(p＜0.01)降低Ⅱ型糖尿病組的血糖水平，而Ⅰ型糖尿病組無明顯變化。此外，我們評估光動力治療后不同時間間隔的血糖水平（1、2、8、24小時），結(jié)果顯示在一小時和兩小時，血糖水平分別下降了31％和33％