基于納米石墨烯的基因與藥物載體研究.pdf

1、癌癥是當前影響人類最為主要的疾病之一，給整個人類健康帶來了嚴重的威脅。目前常用的癌癥治療手段，尤其是化學藥物療法，雖然能夠在一定的程度上抑制腫瘤的發(fā)生，但是其往往由于對腫瘤細胞缺少良好的選擇性而會對正常組織造成較強的毒副作用并會誘導腫瘤細胞產(chǎn)生多耐藥性，從而不能有效地抑制腫瘤生長，最終導致了治療失敗。因此，開發(fā)具有腫瘤靶向性、能夠克服腫瘤細胞多耐藥性的新型高效的癌癥治療手段得到了廣發(fā)的關注和深入的研究。在本博士論文中，我們以納米石墨烯為

2、核心材料，通過不同的表面修飾方法篩選出了一種低毒、高效并具有良好血清穩(wěn)定性的基因轉(zhuǎn)染載體；接下來，我們利用石墨烯在近紅外光區(qū)較強的光熱轉(zhuǎn)換能力，在細胞水平上實現(xiàn)了光熱促進的基因轉(zhuǎn)染；最后，我們以Polo樣激酶I（Plk1）基因為治療靶點，通過RNA干擾手段在細胞水平上實現(xiàn)了光熱促進的基因治療。在另一個工作中，我們設計了一種基于納米石墨烯的對腫瘤組織和腫瘤細胞內(nèi)的微酸環(huán)境具有雙重響應性的納米藥物輸送載體，并在細胞水平上通過光熱治療和化療的

3、聯(lián)合使用有效抑制了多耐藥性腫瘤細胞的生長。本博士論文研究為發(fā)展新型癌癥治療手段、克服腫瘤細胞多耐藥性、提高癌癥治療效果提供了一個新的實驗依據(jù)。
　　本論文的研究內(nèi)容和主要結論如下：
　　1、通過靜電吸附方法在納米石墨烯的表面修飾上一層帶正電荷的聚乙烯亞胺分子，得到了表面帶正電荷的納米石墨烯復合物GO-PEI，并在細胞水平上研究了其基因轉(zhuǎn)染效果。研究發(fā)現(xiàn)：通過靜電吸附方法可以有效地將聚乙烯亞胺包裹到納米石墨烯表面，有效提高了石

4、墨烯在生理溶液中的穩(wěn)定性，為后續(xù)的基因轉(zhuǎn)染研究提供了可能；凝膠電泳實驗發(fā)現(xiàn)納米石墨烯/聚乙烯亞胺復合物可以有效地包裹質(zhì)粒DNA；體外細胞活力測試發(fā)現(xiàn)，通過與納米石墨烯結合可以有效降低聚乙烯亞胺的細胞毒性；最后，發(fā)現(xiàn)納米石墨烯/聚乙烯亞胺復合物可以有效地將質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)染到細胞內(nèi)，并與單獨的聚乙烯亞胺相比，其基因轉(zhuǎn)染效果有了一定的提高。
　　2、在前一個工作的基礎上，我們通過共價修飾的方法首先在納米石墨烯表面偶聯(lián)上枝狀聚乙二醇分子，以

5、提高其在含血清生理溶液中的穩(wěn)定性并降低其細胞毒性；然后再通過共價修飾的方法將聚乙烯亞胺偶聯(lián)到石墨烯表面，得到了聚乙二醇和聚乙烯亞胺雙功能化的納米石墨烯NGO-PEG-PEI，并研究其在含有血清的培養(yǎng)基中的基因轉(zhuǎn)染效果。接下來，利用石墨烯在近紅外光區(qū)的光熱轉(zhuǎn)換能力，我們研究了低功率近紅外激光照射對NGO-PEG-PEI針對質(zhì)粒DNA和小干擾RNA轉(zhuǎn)染能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：納米石墨烯表面共價偶聯(lián)上聚乙二醇后可以進一步提高其在多種生理溶液中的

6、穩(wěn)定性以及在含血清培養(yǎng)基中的基因轉(zhuǎn)染效果，并在一定程度上降低了共價偶聯(lián)的聚乙烯亞胺的細胞毒性；利用石墨烯在近紅外光區(qū)的光熱轉(zhuǎn)換能力，發(fā)現(xiàn)低功率的近紅外激光照射可以在短時間內(nèi)有效提高材料的進細胞能力，極大地提高了質(zhì)粒DNA在細胞內(nèi)的表達以及小干擾RNA的干擾效果。
　　3、利用腫瘤組織和正常組織酸度的不同，我們設計了一種基于納米石墨烯的對腫瘤組織和腫瘤細胞內(nèi)不同酸度環(huán)境具有雙重響應性的藥物輸送載體，研究了其克服腫瘤細胞多耐藥性的能力

7、。首先通過共價偶聯(lián)的方法，分別將聚乙二醇和聚烯丙基胺偶聯(lián)到石墨烯表面，得到了在生理溶液中具有良好穩(wěn)定性的表面帶正電荷的納米石墨烯復合物NGO-PEG-PAH；然后，通過酸酐水解的方法將上一步得到的NGO-PEG-PAH表面的氨基用2,3-二甲基馬來酸酐封閉，得到了表面帶負電荷的納米氧化石墨烯復合物 NGO-PEG-DA。研究發(fā)現(xiàn)該材料在正常生理 pH值下可以維持其表面的負電性，喪失其原本良好的進細胞能力；一旦將其孵育在微酸環(huán)境中（pH6

8、.8），該材料的表面電荷就會發(fā)生反轉(zhuǎn)變?yōu)檎姾?，從而恢復其進細胞能力。進一步研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯表面的疏水區(qū)域可以被用于裝載疏水的抗腫瘤藥物（例如：阿霉素），并具有 pH值響應性的藥物釋放性質(zhì)和細胞殺傷能力。最后，結合石墨烯優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換能力，我們在細胞水平上通過光熱治療和化學治療的聯(lián)合使用有效克服了腫瘤細胞的多耐藥性。
　　在本博士論文中，我們系統(tǒng)研究了石墨烯在基因與藥物的可控運輸方面的應用潛能。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯自身優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換性