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

1、近幾十年來，惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率持續(xù)增長，已經(jīng)嚴重威脅到人類的健康和生命。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，在治療過程中對人體存在極大的副作用。光動力治療(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。通過選用光學(xué)性能優(yōu)異的光敏劑，可以實現(xiàn)熒光成像引導(dǎo)下的光動力治療，此方法具有靈敏度高、副作用小等優(yōu)點，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)。通過調(diào)節(jié)并延長其中心結(jié)構(gòu)的共軛體系，可使其紫外-可見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，無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)計并研發(fā)了各種納米材料。本研究工作主要針對兩親性聚多肽功能性聚合物的合成及應(yīng)用而展開。
　　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，通過天冬氨酸-N-羧基環(huán)內(nèi)酸酐(Asp-NCA)的開環(huán)聚合(Ring Opening Polymerization，ROP)合成聚天冬氨酸(PAsp)，并通過點擊化學(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，制備以三級胺的質(zhì)子化為驅(qū)動力的pH響應(yīng)兩親性共聚物膠束。在模擬細胞微酸性條件(pH=5.5)的藥物釋放測試中，發(fā)現(xiàn)該體系表現(xiàn)出明顯的促進釋放行為。之后，采用透析法將BODIPY-Br2包裹進膠束核內(nèi)，并對HepG2癌細胞進行體外實驗。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，細胞抑制率提高

5、了40％以上。同時，可以通過BODIPY熒光成像觀測納米顆粒進入癌細胞的能力，實現(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肝癌細胞的可視化光動力治療。以賴氨酸NCA開環(huán)聚合制備聚賴氨酸(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以使其具有被癌細胞表面受體識別的能力，該體系在水溶液可實現(xiàn)自組裝負載BODIPY-Br2。與Hela細胞相比，在HepG2細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，無法實現(xiàn)對癌細胞生長的完全抑制。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、光動力治療-化療聯(lián)合治療效果令人滿意。
　　為緩解因為缺氧導(dǎo)致的PDT受限情況，我們在接下來的工作中主要研究了自供氧體系的光動力治療行為。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，利用氨基還原高錳酸鉀制備了一種負載MnO2的納米

8、顆粒，并采用乳液-揮發(fā)法進一步自組裝負載BODIPY-Br2。測試發(fā)現(xiàn)，該體系可分解H2O2（250μM）并釋放氧氣。針對HepG2和4T1腫瘤細胞的研究表明，即使在缺氧條件下，在極低的光能密度(635nm，25mW/cm2，10min)照射后，細胞抑制率明顯升高。與此同時，BODIPY-Br2優(yōu)秀的近紅外熒光特性可以實現(xiàn)癌細胞的跟蹤成像。
　　在第六章中，利用紅細胞良好的攜氧特性，我們采用聚多肽結(jié)合血紅蛋白制備了一種人造紅細胞作

9、為氧載體，以提高光動力治療效果。將PAsp進行炔基改性，并對血紅蛋白進行疊氮化修飾，通過兩者之間的Click反應(yīng)進行結(jié)合，整個制備過程在水溶液中進行，不會影響蛋白質(zhì)活性。另外，在聚合物末端氨基引入NHS-BODIPY-Br，實現(xiàn)光敏劑的負載，該體系在水溶液中可自組裝，避免藥物運輸中的泄漏問題。通過對HepG2癌細胞的體外研究，證實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