聚多肽納米粒負(fù)載BODIPY在近紅外成像引導(dǎo)光動(dòng)力治療中的應(yīng)用.pdf

1、近幾十年來(lái)，惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率持續(xù)增長(zhǎng)，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類(lèi)的健康和生命。而臨床中現(xiàn)有的癌癥治療手段，如化療、手術(shù)及放療等，由于不具備腫瘤選擇性，在治療過(guò)程中對(duì)人體存在極大的副作用。光動(dòng)力治療(Photodynamic Therapy，PDT)作為一種新型的治療手段出現(xiàn)在人們的視野中，并逐漸投入臨床應(yīng)用。通過(guò)選用光學(xué)性能優(yōu)異的光敏劑，可以實(shí)現(xiàn)熒光成像引導(dǎo)下的光動(dòng)力治療，此方法具有靈敏度高、副作用小等優(yōu)點(diǎn)，在癌癥診斷和治療方面具有極大

2、潛力。
　　氟硼二吡咯(BODIPY)光敏劑具有非常優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)。通過(guò)調(diào)節(jié)并延長(zhǎng)其中心結(jié)構(gòu)的共軛體系，可使其紫外-可見(jiàn)吸收紅移到近紅外區(qū)，因此可作為熒光探針應(yīng)用于生物體成像，增加對(duì)組織穿透能力并減少背景熒光干擾;另外，應(yīng)用鹵素原子對(duì)BODIPY修飾以后，可以增加系間穿越的概率以快速提高其單線態(tài)氧產(chǎn)率，因此被廣泛應(yīng)用于生物體近紅外熒光成像引導(dǎo)的光動(dòng)力治療研究中。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)BODIPY光敏劑疏水性較強(qiáng)，無(wú)法直接作為小分子藥物

3、應(yīng)用于體內(nèi)治療。因此，為將其快速并有效地輸送到腫瘤部位，研究者設(shè)計(jì)并研發(fā)了各種納米材料。本研究工作主要針對(duì)兩親性聚多肽功能性聚合物的合成及應(yīng)用而展開(kāi)。
　　在論文的第二章中，我們首先合成了一種具有高熒光量子產(chǎn)率和單線態(tài)氧量子產(chǎn)率的BODIPY-Br2光敏劑。然后，通過(guò)天冬氨酸-N-羧基環(huán)內(nèi)酸酐(Asp-NCA)的開(kāi)環(huán)聚合(Ring Opening Polymerization，ROP)合成聚天冬氨酸(PAsp)，并通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)(C

4、lick)反應(yīng)引入POEGMA作為親水嵌段，最后應(yīng)用N，N-二異丙基乙二胺取代PAsp側(cè)鏈，制備以三級(jí)胺的質(zhì)子化為驅(qū)動(dòng)力的pH響應(yīng)兩親性共聚物膠束。在模擬細(xì)胞微酸性條件(pH=5.5)的藥物釋放測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)該體系表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)釋放行為。之后，采用透析法將BODIPY-Br2包裹進(jìn)膠束核內(nèi)，并對(duì)HepG2癌細(xì)胞進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)。相比于黑暗條件下，在低光敏劑濃度(5.4μM)和極低能量密度(635nm，12J/cm2)的光照時(shí)，細(xì)胞抑制率提高

5、了40％以上。同時(shí)，可以通過(guò)BODIPY熒光成像觀測(cè)納米顆粒進(jìn)入癌細(xì)胞的能力，實(shí)現(xiàn)熒光成像和治療同步化。
　　在第三章中，我們主要研究了半乳糖靶向聚多肽對(duì)肝癌細(xì)胞的可視化光動(dòng)力治療。以賴(lài)氨酸NCA開(kāi)環(huán)聚合制備聚賴(lài)氨酸(PLys)作為疏水段，POEGMA作為親水段，在聚合物首端引入半乳糖基團(tuán)以使其具有被癌細(xì)胞表面受體識(shí)別的能力，該體系在水溶液可實(shí)現(xiàn)自組裝負(fù)載BODIPY-Br2。與Hela細(xì)胞相比，在HepG2細(xì)胞的靶向治療研究中表

6、現(xiàn)出良好的治療效果，不僅表現(xiàn)出更快的細(xì)胞攝取行為，在極低能量密度(635nm，25mW/cm2，5min)的光照下，更是表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞抑制率提升。
　　在研究中發(fā)現(xiàn)，PDT也存在一定的局限性，治療效果易受體內(nèi)各方面因素影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的完全抑制。因此在第四章中，我們首先制備了一種可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)與聚合物連接的NHS-BODIPY-Br，確定其具有優(yōu)良的光學(xué)性能。而后以mPEG-OH作為引發(fā)劑，制備了以胱氨酸雙硫鍵為基礎(chǔ)

7、的還原性響應(yīng)聚多肽，鍵連光敏劑后，采用透析法在納米凝膠主體內(nèi)引入阿霉素。該近紅外納米凝膠在谷胱甘肽(10mM)刺激下，表現(xiàn)出明顯的藥物增釋行為，其近紅外成像能力、光動(dòng)力治療-化療聯(lián)合治療效果令人滿意。
　　為緩解因?yàn)槿毖鯇?dǎo)致的PDT受限情況，我們?cè)诮酉聛?lái)的工作中主要研究了自供氧體系的光動(dòng)力治療行為。在第五章中，基于MnO2能夠催化H2O2分解產(chǎn)氧的能力，我們首先將PLys氨基脫保護(hù)，利用氨基還原高錳酸鉀制備了一種負(fù)載MnO2的納米

8、顆粒，并采用乳液-揮發(fā)法進(jìn)一步自組裝負(fù)載BODIPY-Br2。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該體系可分解H2O2（250μM）并釋放氧氣。針對(duì)HepG2和4T1腫瘤細(xì)胞的研究表明，即使在缺氧條件下，在極低的光能密度(635nm，25mW/cm2，10min)照射后，細(xì)胞抑制率明顯升高。與此同時(shí)，BODIPY-Br2優(yōu)秀的近紅外熒光特性可以實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞的跟蹤成像。
　　在第六章中，利用紅細(xì)胞良好的攜氧特性，我們采用聚多肽結(jié)合血紅蛋白制備了一種人造紅細(xì)胞作

9、為氧載體，以提高光動(dòng)力治療效果。將PAsp進(jìn)行炔基改性，并對(duì)血紅蛋白進(jìn)行疊氮化修飾，通過(guò)兩者之間的Click反應(yīng)進(jìn)行結(jié)合，整個(gè)制備過(guò)程在水溶液中進(jìn)行，不會(huì)影響蛋白質(zhì)活性。另外，在聚合物末端氨基引入NHS-BODIPY-Br，實(shí)現(xiàn)光敏劑的負(fù)載，該體系在水溶液中可自組裝，避免藥物運(yùn)輸中的泄漏問(wèn)題。通過(guò)對(duì)HepG2癌細(xì)胞的體外研究，證實(shí)了制備的聚合物納米粒子攜氧、追蹤和治療能力。該體系具有良好的生物相容性及熒光成像能力，即使在缺氧條件下，當(dāng)暴