蠶絲蛋白調(diào)控?zé)o機(jī)納米粒子自組裝體及其抗腫瘤性能研究.pdf

1、無(wú)機(jī)納米粒子由于其特殊的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)在癌癥治療領(lǐng)域得到了廣泛的研究。自組裝是一種簡(jiǎn)單的調(diào)控方式，通過(guò)模板改變納米粒子的形狀或排列優(yōu)化其應(yīng)用性能。家蠶絲蛋白具有良好的生物安全性與自組裝特性，本研究以家蠶絲蛋白（絲素和絲膠）為生物模板調(diào)控?zé)o機(jī)納米粒子的自組裝。本論文以二氧化硅納米粒子(SiO2)與金納米粒子(AuNPs)為研究對(duì)象，探索絲蛋白調(diào)控二氧化硅與金納米粒子自組裝形成納米球或納米纖維的最佳條件，并對(duì)其調(diào)控機(jī)理進(jìn)行探討。在此基礎(chǔ)

2、上，檢驗(yàn)二氧化硅/絲蛋白復(fù)合納米材料藥物載體的功效，金/絲蛋白復(fù)合納米材料的光熱效應(yīng)，通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)與動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，證明絲蛋白/納米粒子自組體能有效抑制腫瘤生長(zhǎng)。
　　本論文研究工作主要包括以下4部分:
　　(1)蠶絲蛋白調(diào)控二氧化硅納米粒子自組裝構(gòu)建復(fù)合納米粒子
　　首先采用蠶絲纖維（脫膠絲素纖維和電紡絲素納米纖維）為模板進(jìn)行二氧化硅納米粒子自組裝調(diào)控的嘗試。結(jié)果表明，蠶絲纖維能夠誘導(dǎo)硅納米粒子生成二氧化硅微管。絲素纖

3、維制備的微管孔徑大、不穩(wěn)定，而絲素納米纖維為模板制備的二氧化硅微管孔徑約500nm，表面光滑，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，采用絲素蛋白(SF)與絲膠蛋白(SS)為軟模板，調(diào)控二氧化硅納米粒子的成核與自組裝。結(jié)果表明濃度范圍在0.1mg/mL至10mg/mL的絲素蛋白能夠調(diào)控二氧化硅自組裝成納米球，而濃度范圍在0.01mg/mL至1mg/mL的絲膠蛋白能夠調(diào)控二氧化硅自組裝成納米纖維。而且，改變氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和硅酸四乙酯(TE

4、OS)的濃度，皆可調(diào)控二氧化硅納米球與二氧化硅納米纖維自組體的尺寸與形貌。形成二氧化硅納米自組體的同時(shí)，其二級(jí)結(jié)構(gòu)與表面電位均發(fā)生了變化，表明絲蛋白是通過(guò)氫鍵和靜電引力的作用實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化硅納米粒子自組裝。
　　(2)二氧化硅/絲蛋白復(fù)合納米粒子用于抗腫瘤藥物載體
　　將二氧化硅/絲素納米球(Si/SF)與二氧化硅/絲膠納米纖維(Si/SS)作為藥物載體，對(duì)抗腫瘤藥物鹽酸阿霉素(DOX)和紫杉醇(PTX)進(jìn)行裝載，并研究藥物

5、在載體中的釋放行為。結(jié)果表明，二氧化硅/絲蛋白復(fù)合納米粒子具有很高的藥物裝載能力，對(duì)DOX的裝載率達(dá)到30％，對(duì)PTX的裝載率也接近10％;體外釋放結(jié)果表明，DOX能在二氧化硅/絲蛋白復(fù)合納米粒子中持續(xù)釋放并具有pH響應(yīng)性。Si/SF納米球與Si/SS納米纖維分別與HeLa細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)12h和24h，通過(guò)胞內(nèi)定位與細(xì)胞毒性發(fā)現(xiàn)，Si/SF納米球能進(jìn)入HeLa細(xì)胞，而Si/SS納米纖維則粘附在細(xì)胞表面，對(duì)HeLa細(xì)胞半致死抑制濃度(IC

6、50)＞1mg/mL，說(shuō)明納米球與納米纖維形狀載體具有生物安全性。將DOX裝載到二氧化硅/絲蛋白復(fù)合納米粒子與HeLa細(xì)胞共培養(yǎng)1，2，3和5d，對(duì)細(xì)胞活力進(jìn)行比較分析。結(jié)果顯示，DOX經(jīng)過(guò)Si/SF納米球和Si/SS納米纖維的裝載，能夠快速到達(dá)腫瘤細(xì)胞，更早發(fā)揮作用，抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。因此，與單純DOX相比，裝載DOX的二氧化硅/絲蛋白復(fù)合納米粒子能夠更有效的殺死腫瘤細(xì)胞。
　　(3)蠶絲蛋白調(diào)控金納米粒子自組裝成納米纖維。<

7、br>　　采用溶膠法制備并用聚乙烯亞胺(PEI)修飾合成表面帶正電荷的金納米粒子。將絲素蛋白與金納米粒子反應(yīng)，調(diào)控金納米粒子的自組裝。結(jié)果表明，絲素蛋白濃度范圍在25μg/mL至200μg/mL的情況下，可調(diào)控金納米粒子成纖維狀排列，并且改變絲素濃度、調(diào)控時(shí)間及PEI的分子量與濃度，可調(diào)控金納米粒子形成不同的自組裝形貌。電勢(shì)分析與結(jié)構(gòu)測(cè)試表明絲蛋白利用靜電引力對(duì)金納米粒子進(jìn)行調(diào)控，其二級(jí)結(jié)構(gòu)在調(diào)控過(guò)程中從α-螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)棣抡郫B。
　

8、　(4)金粒子/絲蛋白納米纖維光熱抑制腫瘤生長(zhǎng)
　　對(duì)絲蛋白調(diào)控生成的金粒子復(fù)合納米纖維(AuNPs/SF)進(jìn)行光譜分析。結(jié)果表明，與單分散金納米粒子相比，金納米粒子自組裝體的吸收峰紅移，在近紅外區(qū)域具有更高的光吸收。光熱成像測(cè)試表明AuNPs/SF納米纖維在808nm激光照射下具有更高的光熱轉(zhuǎn)換效率。隨后采用乳腺癌細(xì)胞MCF-7與Bcap-37及荷瘤裸鼠為模型分別研究了AuNPs/SF納米纖維在體外與體內(nèi)光熱抑制腫瘤的能力。體外

9、實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)808nm激光照射6min，100μg/mL濃度的AuNPs/SF納米纖維能夠完全殺死MCF-7和Bcap-37細(xì)胞，而相同濃度的AuNPs對(duì)細(xì)胞的致死率只有50％。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)腫瘤原位注射AuNPs/SF納米纖維并進(jìn)行光照處理能夠有效控制腫瘤生長(zhǎng)，光照2周后裸鼠腫瘤接近消失。而PBS組與AuNPs處理組的腫瘤未見(jiàn)明顯抑制現(xiàn)象，仍然繼續(xù)生長(zhǎng)。因此，相較于單分散金納米粒子，金粒子/絲蛋白納米纖維能更有效的殺死腫瘤細(xì)胞并抑

10、制腫瘤組織的生長(zhǎng)。
　　本研究以蠶絲蛋白為模板成功調(diào)控了二氧化硅納米粒子和金納米粒子的自組裝，一方面提高了二氧化硅納米粒子作為藥物載體的載藥效率及對(duì)腫瘤細(xì)胞的致死能力，另一方面改善了金納米粒子的光學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)金納米粒子在近紅外區(qū)域的光熱轉(zhuǎn)換效率，拓寬了金納米粒子光熱抑制腫瘤的應(yīng)用。因此，本研究提供了一種新思路，利用蠶絲蛋白調(diào)控?zé)o機(jī)納米粒子自組裝，從而改善納米粒子的性質(zhì)，提高納米粒子的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值，并且拓寬了絲蛋白生物材料的應(yīng)用