功能化介孔二氧化硅納米載藥體系在腫瘤診療中的應(yīng)用與機(jī)制研究.pdf

1、惡性腫瘤嚴(yán)重危害人類健康，腫瘤治療已經(jīng)成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。在目前的治療中，化療在腫瘤的綜合治療中占主導(dǎo)地位，但是化療藥物在腫瘤治療過程中所引起的全身性毒副作用嚴(yán)重限制了其臨床使用。近年來，納米技術(shù)的出現(xiàn)為抗腫瘤藥物設(shè)計(jì)提供了新思路。納米技術(shù)融合生物學(xué)和納米工程學(xué)，在腫瘤成像、腫瘤診斷和腫瘤靶向治療等方面展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。納米體系通過靶向性修飾，能將藥物有針對(duì)性地遞送到病變組織，提高治療效果并減少對(duì)正常組織的毒

2、副作用。目前，已有大量的納米材料作為納米載藥體系而被廣泛關(guān)注。其中，介孔二氧化硅納米材料由于其具有明顯的優(yōu)勢(shì)而被作為一種理想的載藥體系。在本課題中，我們通過對(duì)該納米材料進(jìn)行功能化修飾，并作為化療藥物的傳遞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其在腫瘤治療中的應(yīng)用。具體研究結(jié)果如下：
　　1、盡管金屬配合物表現(xiàn)出潛在的抗腫瘤活性，并表現(xiàn)出巨大的前景，但是它們?nèi)匀淮嬖诓豢杀苊獾募?xì)胞毒性、細(xì)胞攝取率低以及不具有選擇性等缺點(diǎn)。為了解決金屬配合物的這一難題，在本課題中

3、，我們?cè)O(shè)計(jì)合成出一種RGD多肽修飾的靶向二氧化硅納米體系作為該類金屬配合物的傳遞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞之間的選擇性，從而提高了藥物抗腫瘤活性，并降低其毒副作用。RGD的修飾能大大提高該納米體系通過整合素介導(dǎo)細(xì)胞吸收，從而實(shí)現(xiàn)藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向性。此外，該靶向納米載藥體系主要是激活了腫瘤細(xì)胞的死亡受體通路，進(jìn)一步誘導(dǎo)ROS在細(xì)胞內(nèi)的累積，從而引起DNA損傷，激活了p53、AKT以及MAPKs信號(hào)通路而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，闡明了該

4、納米體系的抗腫瘤分子機(jī)制。
　　2、腫瘤血管為腫瘤微環(huán)境提供必要的養(yǎng)料和氧氣，對(duì)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和代謝起了至關(guān)重要的作用。因此針對(duì)血管形成的某些因子及其關(guān)鍵步驟進(jìn)行干預(yù)可有望切斷腫瘤血供及其轉(zhuǎn)移途徑，對(duì)腫瘤的治療和防止腫瘤向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有重要意義。因此，在該部分實(shí)驗(yàn)中，我們基于腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的生物化學(xué)相似性，設(shè)計(jì)了雙重靶向腫瘤與血管細(xì)胞的納米體系，通過抑制血管細(xì)胞的生長(zhǎng)來切斷腫瘤細(xì)胞增殖所需營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)直接誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，最終

5、實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤與血管生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該雙靶向納米體系在體內(nèi)外雙腫瘤模型和細(xì)胞共培養(yǎng)中，對(duì)腫瘤組織和腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出很高的選擇性，并能有效的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，而減少對(duì)正常細(xì)胞的毒性。此外該納米體系能通過激活p53信號(hào)通路誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤生長(zhǎng)和血管生成。
　　3、目前，腫瘤的治療手段仍然以手術(shù)切除、放射性治療以及化學(xué)藥物治療為主。放射線雖然對(duì)腫瘤細(xì)胞具有較直接的殺死和抑制效果，但是由于腫瘤處于低氧環(huán)境中，使得單獨(dú)的放療無

6、法徹底根除腫瘤細(xì)胞，反而使腫瘤對(duì)X射線產(chǎn)生耐受而不敏感。因此，設(shè)計(jì)合成一種高效低毒的放療增敏劑并發(fā)揮其與放療的協(xié)同作用具有重要意義。在該部分研究中，我們將二氧化硅納米材料負(fù)載一種含硒氨基酸，同時(shí)將細(xì)胞穿膜肽和轉(zhuǎn)鐵蛋白共價(jià)連接到高分子聚合物PLGA上，并將其對(duì)二氧化硅納米載藥體系進(jìn)行包裹，得到一種多功能納米載藥體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)放療的增敏效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該納米體系能有效的協(xié)同放療增強(qiáng)X射線誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡，并且主要是激活細(xì)胞內(nèi)死亡受體介導(dǎo)

7、的信號(hào)通路。此外，在X射線的照射下，SeC@MSNs-Tf/TAT能促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)ROS的大量累積，從而激活下游AKT和MAPKs信號(hào)通路，并引起細(xì)胞內(nèi)DNA損傷介導(dǎo)的p53信號(hào)通路的激活，同時(shí)能抑制細(xì)胞的自我損傷修復(fù)功能，最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。SeC@MSNs-Tf/TAT同能有效的通過激活體內(nèi)腫瘤組織中p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而抑制小鼠體內(nèi)荷瘤生長(zhǎng)，且在有效抗腫瘤濃度下對(duì)小鼠無明顯毒性，說明所設(shè)計(jì)合成的多功能納米體系SeC@MSNs-Tf/

8、TAT能作為一種高效低毒的放療增敏劑實(shí)現(xiàn)體內(nèi)外腫瘤同步放化療的應(yīng)用。
　　4、由于納米材料特殊的尺寸和形貌，使得它相比于宏觀尺度的材料具有很多特殊的效應(yīng)（小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等），并賦予了納米材料廣泛的應(yīng)用前景。因此，在本課題研究中，我們通過對(duì)堿性催化劑類型和濃度的改變合成出不同尺寸大小的介孔二氧化硅納米粒子，并研究了三種不同尺寸（20 nm、40 nm和80 nm）納米載藥體系對(duì)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的吸收、停留以及滲透

9、進(jìn)入血腦屏障能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這三種不同尺寸的靶向納米體系DOX@MSNs能顯著提高單獨(dú)DOX誘導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞產(chǎn)生過量的ROS，從而增強(qiáng)其誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的程度，提高了DOX的抗腫瘤效果，同時(shí)尺寸為40 nm的納米體系表現(xiàn)出更優(yōu)的效果。此外，這三種不同尺寸靶向納米藥物能有效地穿透血腦屏障，并被腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞吸收，提高單獨(dú)DOX的抗腫瘤效果。同時(shí)能有效地摧毀腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的血管擬態(tài)生成，從而增強(qiáng)其抗腫瘤效果。該納米藥物對(duì)腫瘤球生長(zhǎng)是尺

10、寸依賴性的，DOX@MSNs納米體系對(duì)腫瘤球的滲透作用明顯強(qiáng)于單獨(dú)DOX，從而增強(qiáng)其對(duì)腫瘤球生長(zhǎng)的抑制作用。
　　綜上所述，介孔二氧化硅納米材料作為一種理想的化學(xué)藥物載體，通過靶向修飾能有效的提高化療藥物的抗腫瘤活性以及對(duì)腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞的選擇性，進(jìn)而減少藥物的毒副作用。這種多功能納米體系能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)抗體內(nèi)外腫瘤生長(zhǎng)和血管生成，并能作為一種高效低毒的放療增敏劑協(xié)同X射線提高抗腫瘤效果。并且，在本課題的研究中，我們也對(duì)這類靶向納米