基于金納米棒的生物傳感與癌癥的光熱治療研究.pdf

1、金納米棒(AuNRs)由于獨(dú)特的形狀、光學(xué)性質(zhì)、光熱特性等，在生化傳感、藥物測(cè)定、基因檢測(cè)、免疫分析、體內(nèi)成像、光熱醫(yī)療等方面已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。但在AuNRs的發(fā)展中還存在一些問題，例如：很多研究者只是將AuNRs組裝成特定的形狀而并沒有將其進(jìn)一步應(yīng)用、在眾多的生化傳感體系中可視化檢測(cè)比較少見、在暗場(chǎng)成像中的對(duì)比度不強(qiáng)、光熱治療效率很高但靶向性不強(qiáng)等。本文針對(duì)上述存在的問題，借助于現(xiàn)代光學(xué)測(cè)試與成像技術(shù)，拓展了AuNRs的應(yīng)用，為A

2、uNRs在生化分析、細(xì)胞成像及癌癥治療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一定的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。具體內(nèi)容包括下列兩個(gè)部分
　　 1.AuNRs在生化小分子檢測(cè)中的研究以及在細(xì)胞成像中應(yīng)用
　　 包括3個(gè)方面的內(nèi)容：
　　 (1)基于Eu3+和賴氨酸誘導(dǎo)的AuNRs頭碰頭可控組裝，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單快速、高選擇性的可視化測(cè)定賴氨酸的方法。在Britton-Robinson緩沖(pH6.0)中，Eu3+和COO-根的配位作用以及MUA的CO

3、O-和賴氨酸的NH3+之間的靜電作用誘導(dǎo)巰基十一酸(MUA)修飾的AuNRs發(fā)生了組裝。吸收光譜、電子掃描電鏡和動(dòng)態(tài)光散射測(cè)定結(jié)果表明，AuNRs形成了頭碰頭的鏈狀組裝體，引起了縱向吸收波長(zhǎng)的紅移和溶液顏色由紅到藍(lán)的改變。重要的是，AuNRs縱向波長(zhǎng)的紅移與賴氨酸的濃度成線性關(guān)系，線性范圍為5.0x10-6-1.0×10-3mol/L，理論檢測(cè)限為1.6×10-6mol/L(3σ/k)。AuNRs的縱向波長(zhǎng)位移對(duì)賴氨酸具有很高的選擇性，

4、從而實(shí)現(xiàn)了食品樣品中賴氨酸的快速、高選擇性、可視化檢測(cè)。
　　 (2)基于腺苷和核酸適配體(aptamer)識(shí)別誘導(dǎo)的AuNRs肩并肩可控組裝，建立了以AuNRs為光學(xué)探針的等離子體共振光散射法測(cè)定腺苷的方法。腺苷和aptamer之間的分子識(shí)別能夠引起aptamer的結(jié)構(gòu)從單鏈轉(zhuǎn)化成G-折疊。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AuNRs表面的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的正電荷和G-四折疊結(jié)構(gòu)外面裸露的磷酸根的負(fù)電荷之間的靜電作用導(dǎo)致AuNRs進(jìn)行

5、了肩并肩組裝。由于納米顆粒的等離子體共振耦合，這種肩并肩組裝能夠引起AuNRs的縱向等離子體共振吸收(PRA)藍(lán)移和等離子體共振光散射(PRLS)信號(hào)增強(qiáng)。基于增強(qiáng)的PRLS信號(hào)，建立了一種簡(jiǎn)單的、高選擇性和高靈敏度檢測(cè)腺苷的方法，線性范圍4.0-80.0 nmol/L，檢測(cè)限是2.0nmol/L。這種方法是光學(xué)方法測(cè)定腺苷的較靈敏的方法，而且成功應(yīng)用于SD小鼠腦漿中腺苷磷酸鹽的檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與高效液相色譜法(HPLC)方法非常吻合。<

6、br>　　 (3)碘增強(qiáng)的散射光在細(xì)胞暗場(chǎng)成像中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并研究了金核銀殼納米棒(Au@Ag NRs)與碘的相互作用并將其作為造影劑應(yīng)用于細(xì)胞的暗場(chǎng)成像。X-射線衍射(XRD)和X-射線光電子能譜(XPS)結(jié)果顯示，Au@Ag NRs在碘的作用下形成了Au@Ag@AgI NRs三層核殼結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致縱向等離子體共振吸收光譜的紅移和散射光的增強(qiáng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Au@Ag@AgI NRs成功地應(yīng)用于人宮頸癌細(xì)胞(HeLacells)的

7、暗場(chǎng)成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Au@Ag@AgI NRs能夠進(jìn)入細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，但是納米材料本身對(duì)細(xì)胞沒有很明顯的生物毒性，且能夠保持Au@Ag NRs的抑菌活性。這些結(jié)果為納米材料在科學(xué)和醫(yī)學(xué)的應(yīng)用提供了可能性。
　　 2.AuNRs-核酸適配體復(fù)合物在癌癥治療中的應(yīng)用
　　 包括以下三個(gè)方面：
　　 (1)AuNRs-aptamer的復(fù)合物用于前列腺癌癥干細(xì)胞的選擇性治療。我們成功篩選了兩種aptamers，分別為

8、CSC1和CSC13。前者選擇性地結(jié)合DU145前列腺癌細(xì)胞，后者選擇性結(jié)合前列腺癌細(xì)胞中的癌癥干細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，CSC1和CSC13分別修飾到AuNRs的表面后，在近紅外(NIR)激光光源的照射下能特異性識(shí)別和殺死癌細(xì)胞和癌癥干細(xì)胞。雖然癌癥干細(xì)胞在癌細(xì)胞中只占很小的比例，但是在NIR激光照射之后，整個(gè)細(xì)胞群體的活性大大降低，說明腫瘤的擴(kuò)散和惡化可以通過該法得到控制，為早期的癌癥診斷和治療提供了新的方法。
　　 (2)光敏分子

9、與AuNRs復(fù)合物用于光熱治療(PTT)和光動(dòng)力學(xué)治療(PDT)的聯(lián)合治療。光敏試劑二氫卟吩(Ce6)標(biāo)記的短DNA鏈通過與白血病T細(xì)胞的aptamer-Sgc8雜交而連接到AuNRs的表面，此組合體被用來識(shí)別癌細(xì)胞并用于有效的。PTT/PDT。具體地，當(dāng)不存在靶細(xì)胞時(shí)，光敏分子Ce6因被AuNRs表面猝滅而沒有光學(xué)活性；當(dāng)存在靶細(xì)胞時(shí)，DNA鏈構(gòu)象發(fā)生改變，短DNA鏈被釋放，這時(shí)光敏分子Ce6在光照下可用于PDT，同時(shí)光熱試劑AuNR

10、s可以用來識(shí)別癌細(xì)胞并在近紅外(NIR)激光照射下用于PTT。此外，AuNRs不僅用于PTT，而且可用來運(yùn)輸和激活光敏分子。重要的是，通過光敏分子和光熱試劑的組合，PTT/PDT雙治療模式比單獨(dú)的PTT或者PDT的治療模式提供了更高的醫(yī)療效果。由于aptamer的高選擇性的優(yōu)點(diǎn)，該法對(duì)識(shí)別靶細(xì)胞具有很高的選擇性和特異性。期望這種PDT/PTT策略能夠成為一種臨床上識(shí)別和治療癌癥的通用方法。
　　 (3)核酸適配體開關(guān)探針與光敏試

11、劑在金納米棒表面的組裝用于癌細(xì)胞的識(shí)別和治療。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一種可控的DNA鏈內(nèi)開關(guān)式的核酸適配體探針(ASP)，一端修飾了光敏試劑二氫卟吩(Ce6)，另一端連接光熱試劑AuNRs。當(dāng)沒有靶細(xì)胞時(shí)，光敏試劑的熒光被AuNRs表面猝滅，不顯示PDT效果；當(dāng)靶細(xì)胞存在時(shí)，ASP的結(jié)構(gòu)改變使Ce6遠(yuǎn)離AuNRs的表面，在光的照射下，Ce6產(chǎn)生的單線態(tài)氧可以用于PDT。每個(gè)AuNR可以連接許多AAP-Ce6分子，所以會(huì)同時(shí)將多個(gè)光敏分子帶入到靶細(xì)胞

12、中。與ASP-Ce6探針相比，AuNRs-ASP-Ce6提高了與靶細(xì)胞結(jié)合的效果。此外，AuNRs-ASP-Ce6復(fù)合體在近紅外(NIR)激光的照射下也可用于PTT。與PTT或者PDT單一治療模式相比，這種多模式的治療方式提供了明顯增強(qiáng)并且相互促進(jìn)的治療效果，期望可以推廣到其他癌癥的治療中。
　　 上述研究表明，以AuNRs為探針建立了快速、免標(biāo)記、可視化、選擇性好、靈敏度高的檢測(cè)生物小分子的方法，具有很好的應(yīng)用前景；而將AuN