智能化磁性納米藥物載體系統(tǒng)的構建與生物學評價.pdf

1、納米技術的工程化應用可追溯到二十世紀五十年代,在過去幾十年間得到了極大的發(fā)展?；诩{米技術衍生的納米材料是一類非常規(guī)材料,具有全新的物理化學性能,相對于宏觀材料,納米材料以其特有的量子效應、納米尺度效應使它們在科學研究和工程技術應用中占有獨特的地位,獲得科學家們的青睞。經(jīng)過多年的發(fā)展,納米科學研究已經(jīng)在材料選取、多維納米尺度構建、功能化和智能化應用方面得到了長足有效的發(fā)展,獲得眾多臨床化應用成果,取得了一系列新突破和新發(fā)現(xiàn),使納米技術在

2、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、軍工和能源等多個領域都能一展所長。磁性納米材料是眾多工程納米材料中的佼佼者,磁性材料本身具備其他非磁材料都不具備的獨特優(yōu)良特性,即磁學性能。該性能使其能夠對外加磁信號或外部磁場做出迅速磁響應,使得磁性材料能夠高效地運用于磁性分離純化、手性物質篩選、細胞/細菌分離、固定化酶、藥物靶向遞送、刺激-響應性控制釋放以及高頻交變磁場產(chǎn)熱治療腫瘤等等方面。然而,納米材料尤其是無機金屬材料通常具有一些潛在問題:一方面是如何構建

3、特異性表面改性材料,使其能夠智能化和特異性地實現(xiàn)目標功能;另一方面就顯得更為重要和迫切:當納米材料應用到體內環(huán)境中時,必須考察材料是否具備良好的血液、組織和生物相容性,能否不產(chǎn)生或少產(chǎn)生排異反應,炎癥反應的引發(fā)以及程度輕重,如何評價納米顆粒在細胞、組織和器官中的運輸途徑和作用機理,以及納米材料是否能夠通過代謝作用從體內排出從而減小材料對機體正常功能的影響等等。這些都是阻礙納米材料在生物醫(yī)學領域進一步運用發(fā)展所面臨迫在眉睫的問題。

4、　　本研究主要集中于功能化和智能化磁性藥物載體的制備、應用及生物學評價等方面。將所制備的磁性納米材料應用于以下兩個用途：血液中有害成分的磁性分離；藥物遞送和腫瘤熱療。首先通過水熱法制備磁性納米顆粒,并對其進行相應目標功能化表面改性,構建出核殼型藥物載體用于血液中毒性物質分離;另一方面,利用聚苯乙烯高分子納米微球作為模板,在其外層包覆磁性外殼,再利用煅燒或有機溶劑去除聚苯乙烯模板,得到中空磁性微球用于抗癌藥物的靶向遞送、控制釋放和定點熱療

5、。最后對材料的血液相容性、生物相容性、顆粒在細胞和組織中的分布及其轉運代謝途徑,以及對癌癥(肝癌腫瘤模型)的療效等方面進行相關研究。主要內容包括：
　　⑴不同粒徑/結構磁性納米顆粒的制備和表征。利用水熱法、共沉淀法、氧化還原法和模板法制備出不同尺度和不同形貌的磁性納米顆粒,并通過表面修飾改性得到不同功能化磁珠以用于特定目的生物學應用。并利用多種檢測手段深入研究了顆粒的理化性質:利用場發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡對磁性顆粒進行形貌表征、利

6、用 X射線衍射儀研究顆粒的晶體類型、采用振動樣品磁強計研究其磁學性能等。結果顯示:所制備的磁性納米顆粒分散良好、粒徑均一、形態(tài)規(guī)則、具有良好的磁學性能,能夠對外加磁場快速響應。磁性顆粒晶體類型經(jīng)XRD檢測證實:顆粒呈高結晶度化,晶型符合典型尖晶石型晶體結構。
　?、痞?環(huán)糊精表面功能化磁性納米顆粒對血液中安眠藥的吸附凈化。安眠藥(地西泮)是一種常用的鎮(zhèn)定類抗焦慮小分子疏水性藥物,具有鎮(zhèn)定、止痛和幫助睡眠等功用,誤服或服用過量安眠藥

7、會產(chǎn)生嚴重的副作用,處理不及時或治療不當會導致死亡。臨床對該類病例的治療通常采用血液灌流,即采用活性炭柱(炭腎)物理吸附這些疏水小分子毒物來達到治療目的。但通常來說,炭腎制備成本較高,制備過程復雜且不能重復利用。本文利用β-環(huán)糊精這一具有獨特立體結構的化合物,即內腔疏水外側親水的杯狀結構的物質,通過咪唑化接枝至氨基化硅烷偶聯(lián)劑修飾的磁性納米顆?；w上,構建了一種可以高效吸附血液中疏水性小分子有毒成分的磁性藥物載體。該載體可有效地將安眠藥

8、吸附在環(huán)糊精的疏水空腔內,在吸附完成后,利用外加磁鐵對附著安眠藥的磁性載體進行吸附移除,使血液得到凈化。掃描電鏡及透射電鏡結果表明β-環(huán)糊精修飾磁性復合顆粒呈規(guī)則球狀,磁性性能檢測證明顆粒具有良好的超順磁性,繼而通過晶體類型分析,紅外特征光譜檢測、Zeta電位測定、元素/熱重分析證實β-環(huán)糊精磁性納米藥物載體的成功制備。在靜態(tài)吸附實驗中,對不同吸附參數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn):該磁性藥物載體在正常機體溫度和血液pH下,能夠實現(xiàn)對有毒藥物安眠藥實現(xiàn)高

9、效快速分離,其分離效率與現(xiàn)今臨床使用的活性炭不相上下,在對材料的血液相容性研究中,發(fā)現(xiàn)顆粒具有良好的抗凝血性能,材料的溶血率指標符合國際臨床應用標準,且不會引起明顯的血小板激活。該磁性載體的制備成本低廉并能實現(xiàn)大規(guī)模制備,具有一定的實際臨床應用價值。同時,該體系同樣也適用于各種疏水性小分子藥物的吸附凈化和分離。
　?、歉嗡?殼聚糖復合磁性納米顆粒在低密度脂蛋白吸附中的應用。針對低密度脂蛋白這一動脈硬化的重要誘發(fā)因子,利用殼聚糖這一

10、具有良好吸附特性的化學物質對磁性納米顆粒進行表面改性,得到殼聚糖表面交聯(lián)的磁性納米顆粒,并通過接枝肝素來提高磁性載體的血液相容性,得到了肝素-殼聚糖-磁性納米顆粒的復合體系。通過掃描電鏡、透射電鏡、磁滯回線、熱重分析、元素分析等手段對該藥物載體進行表征以證明體系的成功制備。在對高脂血進行靜態(tài)吸附研究發(fā)現(xiàn):肝素/殼聚糖修飾的磁性載體能夠選擇性吸附血液中的低密度脂蛋白(“壞”膽固醇),而對“好”的膽固醇(高密度脂蛋白)吸附量則相對較小,體現(xiàn)

11、出選擇性吸附特性。在吸附完成后,用磁鐵回收顆粒并用高濃度氯化鈉溶液對顆粒進行洗滌,可洗脫磁性顆粒表面吸附的低密度脂蛋白,而使磁性吸附劑得以重生并進行再循環(huán)使用,有效降低了成本。實驗證明:經(jīng)過八個循環(huán)重新使用,肝素/殼聚糖表面功能化磁性納米載體仍然體現(xiàn)出對低密度脂蛋白良好的選擇性吸附特性。
　?、葴囟软憫运幬锟蒯屜到y(tǒng)在熱-化學聯(lián)合療法在肝癌治療中的應用。利用模板法制備磁性中空納米顆粒,并對中空納米顆粒的形貌、晶體類型、磁學性能、產(chǎn)

12、熱能力進行了相關理化性質表征。通過向顆?？涨恢屑虞d溫敏相變材料,通過將藥物共混在雙親性相變材料十四烷醇中,中空藥物載體可同時實現(xiàn)對親水和疏水藥物的儲存和遞送能力;同時由于磁性殼層的存在,我們可利用磁性顆粒的磁性特性,在外加磁場的作用下將磁性藥物載體靶向輸送并固定至瘤區(qū),并在高頻交變磁場的作用下,觸發(fā)該磁性藥物載體產(chǎn)熱,當溫度達到和超過溫敏材料的相變溫度時,十四烷醇液化,所共混的抗癌藥物會隨之釋放。在此過程中,可以通過控制交變磁場的開關來

13、實現(xiàn)“開關式”控制釋放,實現(xiàn)熱-化學聯(lián)合治療的效果。經(jīng)透射電鏡觀察吞噬了磁性顆粒的細胞切片,發(fā)現(xiàn)磁性納米藥物載體在可被細胞大量吞噬,顆粒以胞吞作用的方式進入細胞胞質,但不能進入細胞核。我們進一步通過激光共聚焦顯微鏡、DNA ladder、CCK8檢測細胞在接載顆粒后的形態(tài)和活性變化,考察聯(lián)合治療療法相對于單純熱療和單純化療療法的療效。所得結果證明聯(lián)合治療能更有效和完全地殺死癌細胞,這一點在動物實驗中也得到了相應證實:相對于對照組和單一手