納米載體材料的生物相容性研究.pdf

1、納米材料是當今科研發(fā)展最為熱門的領域之一，各種生物納米材料已經廣泛地用于生物醫(yī)學領域。納米載體材料，必須具有良好的生物相容性，才能確保安全的應用于醫(yī)學領域。納米載體材料的生物相容性評價主要包括:血液相容性，免疫相容性與全身毒性等。不引起明顯的臨床反應，及能耐受宿主各系統(tǒng)的作用而保持相對穩(wěn)定，不被排斥和破壞的生物性原則，評價為納米載體材料相容性良好。納米載體材料進入機體后，不可避免的將與血液接觸，不僅會與血液系統(tǒng)中的血細胞和蛋白產生各種反

2、應，而且還能夠被宿主的免疫系統(tǒng)識別，產生復雜的免疫反應。納米載體材料的血液相容性與免疫相容性研究，具有重要的理論和臨床價值。
　　單壁碳納米管(Single-Walled Carbon Nanotubes，SWCNTs)，作為一種納米載體材料，在生物醫(yī)藥領域主要用作靶向藥物載體、基因載體等。由于單壁碳納米管(SWCNTs)在獨特的生物化學性質，在水溶液很難分散、容易聚集，給實際應用帶來了巨大的困難。解決這一難題的方法，主要包括化學

3、修飾（表面添加官能團）和物理修飾（表面結合溶解劑，不改變化學結構）。不管用那種方法進行處理，單壁碳納米管作為生物醫(yī)藥載體應用時，了解它的血液相容性對于單壁碳納米管的安全使用具有重要意義。雖然已有諸多文獻研究報道，碳納米管會降低血管內皮細胞的活性，促進內源性凝血，誘發(fā)血小板的活化和聚集等，但是關于羧基化單壁碳納米管對紅細胞的作用以及對血栓力學性質和凝血過程的影響的報道十分有限。
　　聚酰胺-胺（Polyamidoamine，PAMA

4、M）作為一種新型納米材料是目前研究最為深入和廣泛的樹狀大分子，根據末端所帶官能團的不同，目前市售聚酰胺-胺（PAMAM）主要分為PAMAM-NH2、PAMAM-OH、PAMAM-COOH、PAMAM-C12、PAMAM-NH2/OH（混合表面）及PAMAMOS-TMOS（有機硅表面）等，其中尤以前三種研究最為廣泛。聚酰胺-胺(PAMAM)在生物醫(yī)藥領域的主要用作靶向藥物載體、基因載體、造影劑等。這些納米載體材料在實際應用中，它們將對機體

5、產生怎樣的影響，同時，它們的生物醫(yī)用功能是否會發(fā)生改變等。這些問題對于聚酰胺-胺(PAMAM)安全使用到醫(yī)學領域至關重要。
　　因此，我們選用單壁碳納米管(SWCNTs)為模型，對其表面進行化學氧化修飾，進一步研究其對血液中紅細胞形貌和凝血功能的影響。此外，我們還選用聚酰胺-胺(PAMAM)為模型，采用生物化學、細胞及分子生物學以及免疫學等研究手段，著力探討該聚合物所帶不同表面官能團(氨基(-NH2)、羥基(-COOH)、羧基(-

6、OH))，所引發(fā)的免疫應答將會發(fā)生怎樣的變化，初步闡明聚酰胺-胺(PAMAM)的不同表面基團對免疫分子、免疫細胞、抗原抗體反應及補體激活的影響。本研究，將為規(guī)避新型納米載體材料的應用風險提供科學依據，推動新型納米載體材料的優(yōu)化設計和應用，篩選及優(yōu)化具有免疫調控功能的納米載體材料用于免疫治療。
　　第一章 羧基化單壁碳納米管的制備與其血液相容性研究
　　目的：
　　本研究旨在對單壁碳納米管(SWCNTs)進行羧基化改性并

7、對改性前后的SWCNTs進行血液相容性研究。
　　方法：
　　利用濃硫酸與濃硝酸(3∶1，v/v)在加熱條件下將單壁碳納米管(SWCNTs)氧化成羧基化單壁碳納米管(SWCNT-COOH)，采用紅外光譜儀(FTIR)、馬爾文激光粒徑儀對材料粒徑和表面電荷進行表征。采用掃描電子顯微鏡(TEM)觀察修飾前后的SWCNTs對紅細胞聚集和形貌的影響。采用血栓彈力圖儀(TEG)檢測修飾前后的SWCNTs對凝血功能的影響。
　　結

8、果：
　　利用濃硫酸與濃硝酸化學氧化法成功地將SWCNT表面進行羧基化處理。10mg/mL的SWCNT-COOH引起紅細胞聚集和形貌變化。0.01 mg/ml SWCNTs和0.001 mg/mL SWCNT-COOH促進了凝血因子的活化。
　　結論：
　　用濃硫酸和濃硝酸化學氧化法可有效地制備SWCNT-COOH。通過紅細胞形態(tài)觀察和凝血實驗，揭示了SWCNTs和SWCNT-COOH的血液相容性，為SWCNT-COO

9、H的優(yōu)化設計和生物醫(yī)學應用提供了重要的依據。
　　第二章 聚酰胺-胺(PAMAM)免疫相容性的初步研究
　　目的：
　　深入闡明聚酰胺-胺（PAMAM）的不同表面基團（氨基、羥基、羧基）對免疫分子、免疫細胞、抗原抗體反應及補體激活的影響。
　　方法：
　　采用紫外光譜學、熒光光譜學和圓二色普光譜學來研究聚酰胺-胺(PAMAM)對γ-球蛋白結構和構象的影響。通過酶聯免疫吸附實驗檢測研究聚酰胺-胺（PAMAM）

10、對補體激活的影響。采用紅細胞凝集實驗研究聚酰胺-胺（PAMAM）對抗原抗體反應的影響。此外，通過細胞毒性實驗研究聚酰胺-胺(PAMAM)對RAW264.7細胞的毒性，以及利用吞噬實驗來研究聚酰胺-胺(PAMAM)對小鼠腹腔巨噬細胞吞噬功能的影響。
　　結果：
　　聚酰胺-胺（PAMAM）能夠改變γ-球蛋白的結構和構象，抑制補體激活。第5代末端帶有羧基(-COOH)的聚酰胺-胺(PAMAM)在10 mg/mL會破壞紅細胞的抗原

11、抗體反應。末端所帶的官能團不同（氨基、羥基、羧基）的聚酰胺-胺（PAMAM）對RAW264.7細胞的毒性也一樣，G5 PAMAM-NH2（氨基）＞G5 PAMAM-COOH(羧基)＞G5 PAMAM-OH（羥基），而羥基的沒產生細胞毒性。從形態(tài)上觀察，聚酰胺-胺(PAMAM)對小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬功能沒有影響。
　　結論：
　　聚酰胺-胺（PAMAM）對免疫分子和免疫細胞、以及免疫應答的影響主要依賴它們的整體結構和表面所帶