（生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)論文）功能納米復(fù)合物在腫瘤細(xì)胞識(shí)別及其藥物控釋中的應(yīng)用研究.pdf

東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 1 1 1 111 1 1 11 1i i ii iu l 17 610 8 0 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò) 的研究成果 也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料 與我 一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意 研究生簽名 盈墮1 日期 一型虹上埠 東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 東南大學(xué) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所 國(guó)家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印 件和電子文檔 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì) 論文的內(nèi)容相一致 除在保密期內(nèi)的保密論文外 允許論文被查閱和借閱 可以公布 包括 以電子信息形式刊登 論文的全部?jī)?nèi)容或中 英文摘要等部分內(nèi)容 論文的公布 包括以電 子信息形式刊登 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理 研究生簽名 因緝圣l 導(dǎo)師簽名 五塑日期 堡壘 上 夢(mèng) 目錄 目 摘要 錄 目錄 i i v v ia b s t r a c t 第一章緒論 l 1 1 研究背景 1 1 2 納米材料在腫瘤早期診斷中的應(yīng)用 2 1 2 1 納米材料在生物大分子水平檢測(cè)中的應(yīng)用 3 1 2 2 納米材料在細(xì)胞水平的檢測(cè)應(yīng)用 3 1 2 3 納米材料在組織水平的檢測(cè)應(yīng)用 4 1 3 納米材料在腫瘤治療中的應(yīng)用 5 1 3 1 納米材料在逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的應(yīng)用 6 i 3 2 納米材料在腫瘤靶向藥物控釋治療中的應(yīng)用 7 i 3 3 納米材料在腫瘤光動(dòng)力治療中的應(yīng)用 7 1 4 本論文的工作 8 參考文獻(xiàn) 9 第二章水溶性c d t e 量子點(diǎn)在腫瘤細(xì)胞識(shí)別及增強(qiáng)細(xì)胞胞內(nèi)藥物濃度的應(yīng)用研究 1 3 摘要 l3 2 1 引言 1 3 2 2 實(shí)驗(yàn)部分 1 4 2 2 1 主要儀器 1 4 2 2 2 主要試劑的配制 1 5 2 2 3 細(xì)胞培養(yǎng) l5 2 2 4m p a c d t eq d s 的制備 1 6 2 2 5m p a c d t eq d s 對(duì)白血病細(xì)胞的細(xì)胞毒性檢驗(yàn) 1 6 2 2 6m p a c d t eq d s 在白血病診斷中的細(xì)胞標(biāo)記成像的研究 1 6 2 2 7m p a c d t e 量子點(diǎn)在癌癥診治中的研究 17 2 2 7 1 電化學(xué)檢測(cè) 1 7 2 2 7 2u v v i s 紫外吸收光譜分析 1 7 2 2 7 3m t t 分析 l7 2 2 8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 l8 2 3 結(jié)果與討論 18 2 3 1c d t eo d s 粒子的表征及其細(xì)胞毒性研究 i8 2 3 i 1c d t eq d s 粒子的表征 l8 2 3 1 2m p a c d t eq d s 對(duì)白血病細(xì)胞體外毒性的m t t 研究 1 9 i 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 3 2m p a c d t eq d s 標(biāo)記k 5 6 2 細(xì)胞的t i r f m 熒光成像研究 2 0 2 3 3m p a c d t e 量子點(diǎn)在癌癥治療中的應(yīng)用 2 0 2 3 3 1 電化學(xué)分析研究 2 0 2 3 3 2u v v i s 吸收光譜分析研究 2l 2 3 3 3m t t 分析 2 2 2 4 小結(jié) 2 3 參考文獻(xiàn) 2 4 第三章水溶性c d t e 量子點(diǎn)在細(xì)胞成像與逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的應(yīng)用研究 摘要 2 6 3 1j i 言 2 3 2 實(shí)驗(yàn)部分 2 7 3 2 1 主要儀器和試劑 2 7 3 2 2 水溶性m p a c d t eq d s 的制備和表征 2 7 3 2 3 細(xì)胞培養(yǎng) 2 8 3 2 4m p a c d t eq d s 對(duì)白血病細(xì)胞生長(zhǎng)影響的研究 2 8 3 2 5 白血病活細(xì)胞體系的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熒光觀察和成像 2 8 3 2 6 水溶性m p a c d t e 量子點(diǎn)在癌癥治療中的應(yīng)用研究 2 8 3 2 6 1 細(xì)胞內(nèi)柔紅霉素d n r 濃度的變化 2 8 3 2 6 1 1 在倒置熒光顯微鏡下細(xì)胞熒光強(qiáng)度的研究 2 8 3 2 6 2 細(xì)胞外柔紅霉素d n r 濃度的變化 2 9 3 2 6 2 1 電化學(xué)檢測(cè) 2 9 3 2 6 2 2u v s 紫外吸收光譜分析 2 9 3 2 7 對(duì)白血病耐藥細(xì)胞k 5 6 2 a 0 2 耐藥性與逆轉(zhuǎn)多藥耐藥的評(píng)估 2 9 3 2 8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 3 0 3 3 結(jié)果與討論 3 0 3 3 1c d t eq d s 表征及其細(xì)胞毒性研究 3 0 3 3 1 1c d t eq d s 粒子的表征 3 0 3 3 1 2m p a c d t eq d s 對(duì)白血病細(xì)胞毒性的m t t 研究 3 0 3 3 2 白血病活細(xì)胞體系的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)熒光觀察和成像分析 3 l 3 3 3m p a c d t e 量子點(diǎn)在增加藥物吸收和逆轉(zhuǎn)多藥耐藥性的應(yīng)用研究 3 2 3 3 3 1 細(xì)胞胞內(nèi)的柔紅霉素d n r 熒光強(qiáng)度變化 倒置熒光顯微鏡結(jié)果分析 3 2 3 3 3 2 細(xì)胞外柔紅霉素d n r 的濃度變化分析 3 3 3 3 3 2 1 電化學(xué)分析研究 3 3 3 3 3 2 2u v v i s 紫外吸收光譜分析研究 3 4 3 3 3 3m p a c d t eq d s 對(duì)白血病耐藥細(xì)胞株k 5 6 2 a 0 2 逆轉(zhuǎn)耐藥能力的分析 3 5 目錄 3 3 4 量子點(diǎn)協(xié)同作用的機(jī)制 3 6 3 4 結(jié)論 3 7 3 5 取得的創(chuàng)新性成果 3 7 第四章功能化a g 納米粒子在白血病細(xì)胞藥物控釋中的研究 摘要 4 2 4 1 前言 4 2 4 2 實(shí)驗(yàn)部分 4 3 4 2 1 主要儀器與試劑 4 3 4 2 2 細(xì)胞培養(yǎng) 4 3 4 2 3a gn p s 的制備和表征 4 3 4 2 4a gn p s 的體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn) 4 3 4 2 5 細(xì)胞胞內(nèi)d n r 的濃度變化 4 3 4 2 5 1 細(xì)胞內(nèi)d n r 的熒光強(qiáng)度觀察 4 3 4 2 5 2d n r a gn p s 復(fù)合物對(duì)k 5 6 2 細(xì)胞增值抑制的影響 4 4 4 2 6 細(xì)胞胞外d n r 的濃度變化 4 4 4 2 6 1 電化學(xué)分析 4 4 4 2 6 2 紫外吸收光譜分析 4 4 4 2 7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 4 4 4 3 結(jié)果與討論 4 5 4 3 1a gn p s 的t e m 表征 4 5 4 3 2a gn p s 對(duì)k 5 6 2 細(xì)胞毒性的m t t 結(jié)果 4 5 4 3 3a gn p s 攜載藥物d n r 在白血病k 5 6 2 細(xì)胞胞內(nèi)濃度分析 4 6 4 3 3 1 細(xì)胞內(nèi)熒光分析 4 6 4 3 3 2a gn p s 協(xié)同d n r 對(duì)k 5 6 2 細(xì)胞增值抑制力的影響 m t t 分析 4 7 4 3 4 胞外d n r 濃度分析 4 8 4 3 4 1 電化學(xué)檢測(cè)分析 4 8 4 3 4 2 紫外吸收光譜分析結(jié)果 4 9 4 4 結(jié)果與討論 5 0 參考文獻(xiàn) 5l 第五章總結(jié)與展望 碩士階段的成果 致謝 i i i 5 3 5 4 5 5 摘要 摘要 論文題目 功能納米復(fù)合物在腫瘤細(xì)胞識(shí)別及其藥物控釋中的應(yīng)用研究 碩士研究生 周研研 指導(dǎo)老師 王雪梅教授 學(xué)校名稱 東南大學(xué) 腫瘤的準(zhǔn)確檢測(cè)及有效治療一直以來(lái)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn) 為了提高腫瘤的治 療效果 需要對(duì)病變的部位進(jìn)行準(zhǔn)確定位 提高抗癌藥物在腫瘤部位的藥物控釋蓄積濃度 從而使得抗癌藥物能夠有效地抑制腫瘤細(xì)胞的增殖 納米材料由于其具有不同于傳統(tǒng)材料的 優(yōu)良特性 使得其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中得到越來(lái)越多的關(guān)注和青昧 例如量子點(diǎn)作為生物熒光 標(biāo)記物逐步地應(yīng)用到d n a 及蛋白質(zhì)的檢測(cè) 細(xì)胞的一元及多元標(biāo)記成像 活細(xì)胞生命動(dòng)態(tài) 過(guò)程的示蹤及活體動(dòng)物體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞靶向示蹤等許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 水溶性的碲化鎘量子點(diǎn)作為一種良好生物相容性的半導(dǎo)體納米材料 可以作為功能熒光 探針應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的檢測(cè)中 本論文工作中 我們將表面配體為3 巰基丙酸的量子點(diǎn) 能夠以靜電結(jié)合或共價(jià)結(jié)合的方式和藥物分子 柔紅霉素 偶聯(lián)形成以q d 為載體的納米藥 物復(fù)合物 并進(jìn)一步將其應(yīng)用于白血病等惡性腫瘤的診治中 本工作研究結(jié)果表明 碲化鎘 能夠與藥物分子通過(guò)表面吸附 靜電作用等相互作用形成納米復(fù)合物 從而顯著增強(qiáng)藥物分 子進(jìn)入目標(biāo)腫瘤細(xì)胞能力和提高靶向診治的效果 同時(shí) 由于該納米復(fù)合物能夠克服耐藥細(xì) 胞的多藥耐藥性 能夠有效地進(jìn)入到腫瘤細(xì)胞內(nèi) 避免了被耐藥蛋白給排出去 增加了抗癌 藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蓄積濃度 因此該功能性納米材料不僅可以作為功能性熒光探針對(duì)病變 細(xì)胞進(jìn)行快速 準(zhǔn)確的標(biāo)記和檢測(cè) 而且也可以作為一種良好的納米藥物載體通過(guò)與藥物自 組裝結(jié)合來(lái)顯著增加藥物分子在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的聚集 大幅度提高對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷效果 最近 本工作相關(guān)研究論文在國(guó)際知名s c i 收錄期刊b i o m a t c r i a l s i f 6 6 4 6 上發(fā)表后 相繼得到m s p e c t r o s c o p y 等研究網(wǎng)站的關(guān)注和引用 并對(duì)于我們的工作進(jìn)行追蹤報(bào)道 給 予了高度肯定的評(píng)價(jià) 在我們研究工作中 相關(guān)水溶性量子點(diǎn)具有良好的生物相容性 并具 備腫瘤細(xì)胞實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)細(xì)胞標(biāo)記成像與逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥雙重功能 而且對(duì)于細(xì)胞的生物活性 沒(méi)有不良影響 這種多功能納米材料在生物醫(yī)學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用 為以后應(yīng)用于臨床腫瘤 的檢測(cè)與治療提供了新思路 新方法 給予處于痛苦的癌癥患者新的希望 與此同時(shí) 由于銀納米粒子等材料具有優(yōu)良的光電特性和良好的生物相容性 本工作中 我們進(jìn)一步研究和探討了表面被四庚基溴化銨修飾的銀納米粒子在惡性腫瘤藥物控釋中的應(yīng) 用 研究結(jié)果表明 該功能化納米粒子能夠通過(guò)表面靜電吸附等相互作用與抗癌藥物形成納 i v 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 米復(fù)合物 從而有效地促進(jìn)柔紅霉素等抗癌藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蓄積 增強(qiáng)對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺 傷能力 因而在惡性腫瘤的檢測(cè)和治療等領(lǐng)域中 具有潛在的應(yīng)用前景 關(guān)鍵字 惡性腫瘤白血病 柔紅霉素 c d t e 量子點(diǎn) 功能化a g 納米粒子 生物分子識(shí)別 藥物控釋 a b s t r a c t a b s t r a c t t i t l e a p p l i c a t i o no ff u n c t i o n a l i z e dn a n o c o m p o s i t e si nb i o r e c o g n i t i o na n dt a r g e t i n gd r u g d e l i v e r yo nc a n c e rc e l l s a u t h o r z h o uy a h y a h t h e s i ss u p e r v i s o r w a n gx u e m e i s c h o o l s o u t h e a s tu n i v e r s i t y t h ea c c u r a t ed e t e c t i o na n de f f e c t i v et r e a t m e n tf o rc a n c e ri st h eh o tt o p i c si nt h ef i e l do f b i o m e d i c a lr e s e a r c h i no r d e rt oi m p r o v et h et h e r a p ye f f e c t i ti sr e q u i r e dn o to n l yt ol o c a t e l e s i o na c c u r a t e l ya n de f f i c i e n t l y b u ta l s ot oe n h a n c ec o n t r o l l e d r e l e a s eo fd r u g si nt h et u m o r c e l l s w h i c hc a l lf u r t h e ri n h i b i tt h ev i a b i l i t yo ft h et u m o rc e l l s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f n a n o s c i e n c ea n dn a n o t e c h n o l o g y n a n o m a t e r i a l sh a v eg o tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni nt h e b i o m e d i c a lf i e l d o w i n gt ot h e i re x c e l l e n tp r o p e r t i e sw h i c ha r ed i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a l m a t e r i a l s f o re x a m p l e f l u o r e s c e n tq u a n t u md o t sa sb i o l o g i c a lm a r k e r sh a v e b e e ng r a d u a l l y a p p l i e dt od e t e c tt h ed n a a n dp r o t e i n s o n ea n dm u l t i m a r k e rc e l li i n a g i n g d y n a m i cp r o c e s s o fl i v ec e l ll i f e t r a c i n ga n dt a r g e t i n go f t u m o rc e l l si nv i v oi nl i v ea n i m a l sa n d m a n yo t h e r s i t i s a l r e a d yk n o w nt h a tw a t e r s o l u b l ec h r o m i u mt e l l u r i d eq u a n t u mc a l ls e r v ea sa f u n c t i o n a lf l u o r e s c e n tp r o b ei nt h er e l e v a n tb i o m e d i c a lf i e l d w i t i lt h es u r f a c el i g a n do f3 m e r c a p t o p r o p i o n i ca c i d q u a n t u md o t sc a l lb ec o m b i n e d l i t l ld r u gm o l e c u l e sb yu s i n g e l e c t r o s t a t i co rc o v a l e n tc o u p l i n gi n t e r a c t i o n st of o r ma p r o m i s s i n gn a n o m e d i c i n e i nv i e wo f t h e s e w eh a v ee x p l o r e dt h ec o m b i n a t i o no fa n t i c a n c e rd r u gd a u n o r u b i c i n 淅m(xù)c h r o m i u m t e l l u r i d eq u a n t u md o tw h i c hs e r v e sa sa r ta u x i l i a r ya g e n t o u rr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a t c h r o m i u mt e l l u r i d ec o u l dr e a d i l yc o n j u g a t ew i t hd r u gm o l e c u l e sa n ds i g n i f i c a n t l ye n h a n c e d r u gm o l e c u l e sc o n c e n t r a t i o ni nc a n c e rc e l l s a tt h es a l n et i m e t h er e l e v a n tn a n o c o m p o s i t e s c o u l de f f i c i e n t l yo v e r c o m et h em u l t i d r u gr e s i s t a n c e a n de f f e c t i v e l ye n t e ri n t ot h et u m o rc e l l s a v o i db e i n gd i s c h a r g e db yt h e r e s i s t a n c ep r o t e i n si n t h ed r u g r e s i s t a n t l e u k e m i ac e l l s t h e r e f o r e t h ef u n c t i o n a l i z e dn a n o m a t e r i a l sa r en o to n l yu s e da st h ee f f i c i e n tf l u o r e s c e n t p r o b e b u ta l s ou s e da sag o o dv e h i c l eo fc o n t r o l l e dd r u gr e l e a s ea n dt h u si n c r e a s e a c c u m u l a t i o no fd r u gm o l e c u l e si nt u n l o rc e l l s r e c e n t l y a f t e ro u rw o r k r e l a t e dr e s e a r c hp a p e rh a sp u b l i s h e d i nt h ei n t e r n a t i o n a l l y r e n o w n e ds c ij o u r n a lb i o m a t e r i a l s i f 6 6 4 6 t h em 對(duì)s p e c t r o s c o p ya n do t h e r sr e f e r e n c e s i t e sp a ym u c ha t t e n t i o n t r a c kt h ec o v e r a g eo fo u rw o r k a n dg i v et h eh i g h l yp o s i t i v e e v a l u a t i o n i no u rs t u d y t h er e l a t e dw a t e r s o l u b l eq u a n t u md o t sw i t hg o o db i o c o m p a t i b i l i t y a n dr e a l t i m ed y n a m i cc e l l s 析mt u m o rc e l l sh a v ed u a lf u n c t i o no fi m a g i n ga n dr e v e r s a l i n g m u l t i d r u gr e s i s t a n c e b u ta l s od o e sn o ta d v e r s e l ya f f e c tt h eb i o l o g i c a la c t i v i t yo ft h ec e l l s 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 t h e r e f o r e t h em u l t i f u n c t i o n a ln a n o m a t e r i a l sh a v eaw i d ea p p l i c a t i o ni nb i o l o g ya n dm e d i c i n e f o rt h ef u t u r e t h e r ei san e wi d e aa n dm e t h o dt ot r e a tt h ec a n c e rp a t i e n t s a st h es i l v e rn a n o p a r t i c l e sa n do t h e rm a t e r i a l sh a v ee x c e l l e n to p t i c a lp r o p e r t i e sa n dg o o d b i o c o m p a t i b i l i t y i nt h ep r e s e n tw o r k w ef u r t h e rs t u d ya n de x p l o r et h es i l v e rn a n o p a r t i c l e s r i n lt h em o d i f e ds u r f a c eo ff o u rh e p t y lb r o m i d ei nt h ea p p l i c a t i o no fc a n c e rd r u gd e l i v e r y o u rr e s u l t ss h o wt h a tt h ef u n c t i o n a l i z e dn a n o p a r t i c l e sc o u l dc o m b i n e i t l la n t i c a n c e rd r u g t h r o u g hs u r f a c ea d s o r p t i o na n de l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o n st of o r ma n t i c a n c e rn a n o m e d i c i n e t h u s e f f e c t i v e l yp r o m o t e t h ei n t r a c e l l u l a ra c c u m u l a t i o no fa n t i c a n c e r d r u g s s u c ha s d a t m o r u b i c i ni nt u m o ra n de n h a n c et h ek i l l i n gc a p a c i t yo ft u m o rc e l l s t h e r e f o r e t h e s eh a v e p o t e n t i a la p p l i c a t i o np r o s p e c t si nt h ed e w i o na n dt r e a t m e n to fm a l i g n a n tt u m o r sa n do t h e r a r e a s f u n c t i o n a l i z e da gn a n o p a r t i c l e s 第一章緒論 第一章緒論 1 1 研究背景 美國(guó)癌癥學(xué)會(huì) a m e r i c a nc a n c e rs o c i e t y l lj 公布了2 0 0 9 年美國(guó)癌癥的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)告 2 0 0 9 年 美國(guó)預(yù)計(jì)查出1 4 7 9 3 5 0 新發(fā)癌癥病例 其中男性7 6 6 1 3 0 例 女性7 1 3 2 2 0 例 全 美將有5 6 2 3 4 0 人死于癌癥 也就是說(shuō)每天死亡1 5 0 0 人 癌癥仍是嚴(yán)重威脅人類生命和健康 的惡性疾病 可喜的是 從1 9 0 0 年到2 0 0 5 年 美國(guó)男性癌癥患者的死亡率下降1 9 2 女 性患者死亡率下降1 1 4 在這期間被癌癥奪去生命者減少6 5 萬(wàn) 相比1 9 9 3 年到2 0 0 1 年 男性患者死亡率每年下降1 5 女性癌癥死亡率從1 9 9 4 年到2 0 0 2 年每年下降o 8 2 0 0 1 年到2 0 0 5 年間 男性癌癥的發(fā)病率每年下降1 8 從1 9 9 8 年到2 0 0 5 年 女性癌癥的發(fā)病 率每年下降0 6 對(duì)于癌癥患者發(fā)病率和死亡率的下降 美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)癌癥檢測(cè)策略主任 報(bào)告作者杰梅爾 a h m e d i nj e m a l 是這么解釋的 我們繼續(xù)看到男女癌癥病人死亡率和死亡 率下降 主要原因是預(yù)防措施 尤其是減少吸煙比例 的強(qiáng)化 檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步 包括對(duì)直 腸癌 乳腺癌和盆腔癌的檢測(cè) 以及治療手段的改進(jìn) 這一統(tǒng)計(jì)報(bào)告告訴我們 對(duì)于癌癥這 個(gè) 惡魔 是可以戰(zhàn)勝的 我們所進(jìn)行的這項(xiàng)研究事業(yè)具有非常重大的意義 但是要研究出 減少癌癥發(fā)病率的新策略和有效的治療法案 我們還有很長(zhǎng)的路要走 還有很多的事情要做 眾所周知 癌癥已經(jīng)成為威脅人類健康的第一殺手 治療癌癥 早期診斷是關(guān)鍵 按目 前的醫(yī)療水平 早期癌癥病人約有8 0 9 0 0 0 以上可以治愈 治療后不僅提高了生存率 也提 高了病人的生存質(zhì)量 因此癌癥早期診斷具有十分重要的意義 早期診斷也成為癌癥診治中 的一個(gè)研究熱點(diǎn) 目前 世界上各個(gè)國(guó)家都認(rèn)識(shí)到了癌癥對(duì)人類生命安全的威脅 紛紛成立 了專門的研究機(jī)構(gòu) 期間 科學(xué)家們進(jìn)行了大量的研究工作 尤其在癌癥的診斷 治療及積 極預(yù)防方面展開了深入地研究 并且取得了一些令人興奮的成果 2 9 1 目前在癌癥早期診斷應(yīng) 用中主要的方法和技術(shù)有 免疫組織化學(xué)技術(shù) i m m u n o h i s t o c h e m i s t r y 或稱免疫細(xì)胞化學(xué)技 術(shù) i m m u n o c y t o c h e m i s t r y 分子生物學(xué)的方法 血管和氣管檢查的磁共振成像 m a g n e t i c r e s o n a n c ei m a g i n g m r i x 射線斷層掃描技術(shù) 無(wú)損傷易操作的血清標(biāo)志物檢測(cè)方法 以 及新的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù) 生物芯片技術(shù) 納米技術(shù)等 l 4 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步 科學(xué)家們?cè)诎┌Y的治療方面上也取得了一些突破性的進(jìn)展 療效也有顯著性的提高 目前 常用的治療方法有手術(shù)療法 s u r g e r y 化學(xué)療法 c h e m o t h e r a p y 或稱化療 放射療法 r a d i a t i o nt h e r a p y 或稱放療 基因療法 g e n et h e r a p y 光動(dòng)力療法 p h o t o d y n a m i ct h e r a p y 中醫(yī)治療等治療方法 而具體選擇哪種治療方式 主要是取決于腫瘤 的位置 惡性程度 發(fā)展程度以及病人身體狀態(tài)等 手術(shù)療法主要適應(yīng)于早期良性腫瘤或惡 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 性無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的患者 但是缺點(diǎn)是在早期診斷中還不夠精準(zhǔn) 同時(shí)對(duì)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞卻無(wú) 能為力 使癌癥復(fù)發(fā)率高 l 引 放射性療法在殺死癌細(xì)胞的同時(shí) 也可能破壞正常組織和正常 細(xì)胞 且臨床上容易出現(xiàn)異常反應(yīng) 1 6 l 7 1 基因治療 g e n et h e r a p y 主要是用提高病人的抑 癌基因的表達(dá) 降低癌基因的表達(dá)從而達(dá)到治療目的 這一療法還不成熟 對(duì)有些腫瘤沒(méi)有 找到合適有效的基因 不確定因素也會(huì)有潛在風(fēng)斛1 8 2 0 中醫(yī)治療采用中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)從調(diào)理 整體機(jī)能入手 優(yōu)點(diǎn)是既能殺死癌細(xì)胞 又能提高免疫能力 副作用小 但是治療周期長(zhǎng) 對(duì)于早期癌癥來(lái)說(shuō)不一定適用 容易耽誤治療的最佳時(shí)機(jī) 并且很多機(jī)理尚不明確 2 1 1 光動(dòng) 力療法借助光敏劑在一定范圍光波的激發(fā)下通過(guò)產(chǎn)生活性氧來(lái)殺死癌細(xì)胞 是一種創(chuàng)傷性小 低毒 選擇性較好的治療方法 但是常常因找不到合適的光敏劑和光源而影響這一方法的廣 泛應(yīng)用田 化學(xué)療法是應(yīng)用可以殺死癌細(xì)胞的化療藥物來(lái)治療癌癥 是迄今為止 腫瘤治療 中的主要手段 但由于多數(shù)的化療藥物都專一性不好 有可能會(huì)殺死進(jìn)行細(xì)胞分裂的正常組 織細(xì)胞 因而常常傷害那些需要進(jìn)行分裂以維持正常功能的健康組織 2 3 2 4 1 可見 無(wú)論是化 療 手術(shù)切除或放療都是對(duì)身體有極大負(fù)擔(dān) 而且當(dāng)腫瘤發(fā)生惡性轉(zhuǎn)移后 無(wú)論以何種方式 都是很難徹底治愈 所以對(duì)癌癥的治療依舊是人類目前面臨的一個(gè)重大考驗(yàn) 納米材料 n a n o m a t e r i a l s 是納米技術(shù)的一個(gè)重要方面 是指其結(jié)構(gòu)在三維空間中至少有 一維處于納米尺度范圍或以它們?yōu)榛締卧獦?gòu)成的材料 一般尺寸由1 l o o n m 間的粒子組 成 納米材料由于其本身具有的獨(dú)特性質(zhì)為其在許多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供優(yōu)勢(shì) 比如 當(dāng)在 陶瓷中加入納米材料后 可以改善陶瓷材料的脆性 使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加 工性 2 5 納米二氧化鈦起到抗菌作用 被應(yīng)用到紡織 水處理 防霉等及人們?nèi)粘Ｉ畹暮?多方面 2 6 1 一般情況下實(shí)現(xiàn)加入納米材料的電池其容量比普通電池的容量提升了1 0 3 0 電池的功率提高了2 5 3 5 電池的壽命也有4 0 6 0 的延長(zhǎng) 2 刀 此外 由于納米粒子具有 的小尺寸等特點(diǎn) 它可以通過(guò)多種方式 如內(nèi)吞作用 進(jìn)入細(xì)胞 2 8 如果將某些具有特定功 能的藥物分子或物質(zhì)與納米粒子相結(jié)合 這些納米粒子可以攜帶特定的官能團(tuán)或藥物分子進(jìn) 入細(xì)胞并聚集在靶向細(xì)胞的一些特定的部位 從而產(chǎn)生特定的生物學(xué)效應(yīng) 2 9 刪 在生物醫(yī)學(xué) 的研究領(lǐng)域中 納米材料的獨(dú)特性質(zhì)發(fā)揮著一般材料所不具有的特殊功能和作用 使其在生 物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用 例如在癌癥早期診斷和治療 藥物控釋 減少副作用 提 高藥效 發(fā)展藥物定向治療 組織工程 人工器官 介入性診療器械 血液凈化 生物大分 子分離 酶工程等眾多方面都具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和誘人的前景 1 2 納米材料在腫瘤早期診斷中的應(yīng)用 在癌癥的診斷中 確診惡性腫瘤的有效手段是使用活組織檢測(cè)和細(xì)胞形態(tài)學(xué)檢查的方法 但是由于其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)寬泛且不易量化而早期病變往往導(dǎo)致誤診或漏診 3 l 如何提高腫瘤的早 2 第一章緒論 期診斷的可靠性和靈敏性 對(duì)腫瘤作出及時(shí)準(zhǔn)確的早期檢測(cè)和診斷是醫(yī)學(xué)工作者亟待解決的 問(wèn)題 隨著納米技術(shù)的日益發(fā)展及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 尤其是具有獨(dú)特性質(zhì)的納米材料 現(xiàn)在越來(lái)越多地應(yīng)用于腫瘤的早期檢測(cè)和診斷中 并展現(xiàn)了令人欣慰的發(fā)展前景 大量的研 究結(jié)果表明 納米技術(shù)和納米材料的引入可以極大地提高和改善腫瘤診斷的準(zhǔn)確性和可靠性 提高了檢測(cè)的靈敏度和檢出限 從而為癌癥的早期診斷打下了基礎(chǔ) 1 2 1 納米材料在生物大分子水平檢測(cè)中的應(yīng)用 生物大分子 d n a 蛋白質(zhì)等 是參與生命過(guò)程的重要分子 對(duì)于這些大分子的直接檢 測(cè) 識(shí)別對(duì)于癌癥的早期診斷極為重要 納米材料因其納米級(jí)的空間尺寸和生物大分子尺度 相當(dāng) 可以與之結(jié)合在分子水平上實(shí)現(xiàn)對(duì)d n a 或者蛋白質(zhì)的直接檢測(cè) 識(shí)別 從而為癌癥 的早期診斷提供依據(jù) c h e n gf a n g 研究小組在二氧化硅納米結(jié)構(gòu)上合成了納米金和納米銀基 底 形成直徑約為1 5 士l o n m 的納米空隙結(jié)構(gòu) 利用表面增強(qiáng)拉曼光譜的方法可以檢測(cè)到低至 lx 1 0 1 2 m 的d n a 3 2 1 n a m 研究組 圖1 1 將納米粒子結(jié)合特定的d n a 片段和目標(biāo)分析物 形成識(shí)別探針 納米粒子 d n a 生物條形碼 從而可以有效地將信號(hào)放大 能夠簡(jiǎn)易 快 速 準(zhǔn)確地檢測(cè)到目標(biāo)蛋白分子 3 3 1 由于納米材料的引入 實(shí)現(xiàn)了高靈敏的d n a 和蛋白分 子檢測(cè) 用這些方法檢測(cè)癌變?cè)缙跁r(shí)突變的d n a 和異常的蛋白表達(dá) 可以大大提高檢測(cè)的 靈敏度 減少漏檢的發(fā)生 此外這些方法還可以實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè) 提高檢測(cè)效率和穩(wěn)定性 為腫瘤的早期檢測(cè)提供了方法和依據(jù) g h 嘲啊出 砷d e 廠 乏黼 l l ly u 舞瓣 刪怕 w 埴b d 砷咖州 b 嘲 一 t 8 甜刪e d m 崎協(xié) 嗣函 羆并 竺壁2 緞3 陽(yáng)蜘啦 螂 啪妒瞅呻惝 1 鬲二 摯一瞵 案 黲2 鬻 f 帶 1 b m c o d ed n 0 糾n 瞎嘲n 甜嚏 m o v i e 0 蜊n 掣螂n i 咖 一桊豢 一 7 i 2 r e d b e c o k xo f l n 鯽 r l 酷e 瓢小且 o n i n 岫 翻強(qiáng)陽(yáng)嘲o l 如 c o d ed n 盛怒纂豢一料一嗍豢豢一豢繁 red曩 糟 f i g u r e1 1c o l o r i m e t r i cb i o b a r c o d ea m p l i f i c a t i o na s s a y 3 3 1 囤 p o t l i n ao t n 蜘 1 2 2 納米材料在細(xì)胞水平的檢測(cè)應(yīng)用 在對(duì)癌細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中 通常會(huì)利用癌細(xì)胞表面特殊表達(dá)的受體 或者與正常細(xì) 胞比較而言高表達(dá)的受體來(lái)制備相應(yīng)的抗體 然后再將特異性的抗體或蛋白標(biāo)記在納米材料 上 實(shí)現(xiàn)特異性結(jié)合來(lái)達(dá)到檢測(cè)癌細(xì)胞的目的 在這個(gè)過(guò)程中 常會(huì)用到量子點(diǎn) q u a n t l l md o t s 3 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 q d s 圖l 2 因?yàn)榱孔狱c(diǎn)可以在同一激發(fā)光源下根據(jù)粒徑大小不同而被激發(fā)出不同顏色的 光 所以便于標(biāo)記和觀察 而且量子點(diǎn)發(fā)出的光具有光穩(wěn)定性 與傳統(tǒng)的熒光有機(jī)染料及熒 光蛋白相比不容易淬滅且信號(hào)更強(qiáng) 能夠提高檢測(cè)靈敏度 再加上它的納米尺寸的結(jié)構(gòu)特性 可以容易透入上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)松散的癌區(qū)到達(dá)癌細(xì)胞 因此在癌癥檢測(cè)中受到很大重視 得到 了廣泛研究 比如 因?yàn)閟 k o v 3 卵巢癌細(xì)胞表面特異的高表達(dá)h e r 2 把c d s e z n s 量子點(diǎn) 和抗h e r 2 的抗體連接 然后和s k o v 3 卵巢癌細(xì)胞共培養(yǎng) 所以共培養(yǎng)后看到量子點(diǎn)可以 特異的結(jié)合到h e r 2 高表達(dá)的癌細(xì)胞膜上 而且也可以進(jìn)一步跟蹤癌細(xì)胞在不同時(shí)期細(xì)胞膜 的形態(tài)變化和癌變生理相關(guān)的過(guò)程 為癌變機(jī)理的研究提供依據(jù) 圖1 2 3 4 1 類似的方法 也用在檢測(cè)前列腺癌上 前列腺細(xì)胞表面特異表達(dá)前列腺特異抗原 p s a 在c d t e 量子點(diǎn) 上連接抗p s a 的抗體就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)前列腺癌細(xì)胞的特異結(jié)合 同時(shí)利用量子點(diǎn)的熒光特性實(shí) 現(xiàn)癌細(xì)胞的檢測(cè) 3 5 1 a n a n o p a r u c l e s v f i g u r e1 2 a t h es c h e m a t i ci l l u s t r a t i o nf o rp r e p a r a t i o no ff l u o r e s c e n c en a n o h y b r i d sa s m u l t i m o d a li m a g i n ga g e n t sf o rc 姍d e t e c t i o n b c o n f o c a lm i c r o s c o p yi m a g e so fc o n t r o lc e l l s a n dt r e a t e dc e l l c w i t hq dw i t hl a b e l e do fh e r 2u n d e rs a m em a n n e r w h i c hs h o w i n gs p e c i f i c l a b e l i n g 3 4 1 1 2 3 納米材料在組織水平的檢測(cè)應(yīng)用 在整個(gè)組織機(jī)體水平的檢測(cè) 常常是采用m r i 核磁共振成像 m a g n a t i cr e s o n a n c e i m a g i n g c t x 射線斷層掃描 c o m p u t e dt o m o g r a p h y p e t i e 電子計(jì)算機(jī)斷層掃描 p o s i t r o n e m i s s i o nt o m o g r a p h y 或超聲 u l t r a s o u n d u s 等檢測(cè)方法 但是分辨率并不高 要想提高其 分辨率 關(guān)鍵是找到無(wú)毒 靈敏 穩(wěn)定的造影劑 目前常用的造影劑里一般含有碘 鋇 錳 釓等重金屬 其顯著的缺點(diǎn)是特異性和檢測(cè)靈敏度有限 不利于早期癌癥的檢出 而且有一 定的毒副作用 比如含釓的造影劑有造成腎原性系統(tǒng)纖維化的潛在危害 3 6 1 納米科技將納米 4 第一章緒論 材料引入到癌癥成像檢測(cè)中 可以有效地克服傳統(tǒng)顯影劑的不足 提高檢測(cè)特異性和靈敏度 納米材料作為新型造影劑應(yīng)用于m r i 中 其中包括了納米粒子或量子點(diǎn) 碳納米管 脂質(zhì)體 納米膠團(tuán)及足球烯等納米材料 3 7 比如 h u aa i 研究小組發(fā)現(xiàn)經(jīng)p e g p c l 標(biāo)記的納米氧化 鐵自組裝膠團(tuán) 其造影效果有極大地提高 而且可以在小鼠肝區(qū)停留長(zhǎng)達(dá)3 6 小時(shí) 甚至可以 檢測(cè)到肝部的微小損傷 3 8 c a i 等利用了量子點(diǎn) 對(duì)其表面修飾了r g d 和螯合劑d o t a 用 銅 6 4 c u 標(biāo)記后進(jìn)行p e t n 1 強(qiáng) 正電子計(jì)算機(jī)斷層掃描 近紅外熒光分析 雙重顯像 結(jié) 果顯示 該雙重探針主要分布在腫瘤的脈管系統(tǒng) 具有高的靈敏度和信號(hào)響應(yīng) 因此可以提 高圖像的清晰度 便于檢測(cè)出機(jī)體深處的信號(hào) 此外 結(jié)果顯示在低濃度下就可以利用p e t 顯影 其所耗濃度要比一般n 1 r f 的用量少 較少的用量從另一個(gè)角度講將會(huì)減少造影劑的 潛在毒性對(duì)機(jī)體造成危害 圖1 3 3 9 d o t a 墨r g d 6h 1h5h n ir f p e t d j d f f i g u r e1 3d u a l m o d a l i t yp e t n i r fi m a g i n go fi n t e g r i n 吼p 3 i nt u m o rv a s c u l a t u r e a a s c h e m a t i cs t r u c t u r eo ft h ed u a l m o d a l i t yp e t n i r fp r o b e b n i r f a f t e ri n j e c t i o no fq d r g d a n dc o r o n a l m i c r o p e t a f t e ri n j e c t i o no f c u d o t a q d r g d i m a g e so fau 8 7 m g t u m o r b e a r i n gm i c e a r r o w h e a d si n d i c a t et u m o r s 3 9 1 1 3 納米材料在腫瘤治療中的應(yīng)用 在腫瘤治療過(guò)程中 化學(xué)療法是目前臨床上最早采用的治療方案之一 但是 化療常常 因?yàn)榛熕幬镒陨淼亩拘?癌細(xì)胞內(nèi)有效藥效濃度偏低 藥物的靶向性差及多藥耐藥性等問(wèn) 題而嚴(yán)重阻礙著癌癥的治療 在藥物治療過(guò)程中 藥物能夠進(jìn)入腫瘤細(xì)胞并能有效地在靶細(xì) 胞內(nèi)蓄積并達(dá)到有效的治療濃度 對(duì)于提高癌細(xì)胞的殺傷率和增強(qiáng)治療效果是至關(guān)重要的 刪 隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展及其納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用 納米材料對(duì)于腫瘤治療的 促進(jìn)作用已經(jīng)顯示出極大的應(yīng)用前景 并引起人們的極大關(guān)注 近年來(lái) 越來(lái)越多的納米材 料不僅在腫瘤診斷中發(fā)揮著巨大的作用 也為腫瘤治療開辟了一條全新的途徑 4 5 1 5 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 1 納米材料在逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的應(yīng)用 目前 臨床上腫瘤的主要治療手段依然是化學(xué)療法 尤其是對(duì)于白血病患者 一般都采 用化療的方法來(lái)治療癌癥 但是在化療中 由于腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥 m u l t i d r u gr e s i s t a n c e m d r 使得很多化療藥物的療效很低 卻大大阻礙了腫瘤治療的成功 所以 有效逆轉(zhuǎn)m d r 提高癌細(xì)胞內(nèi)部藥物的有效濃度是化療成功的關(guān)鍵 現(xiàn)已證實(shí)1 4 6 1 大部分腫瘤細(xì)胞可以表達(dá) 多藥耐藥基因和多藥耐藥蛋白 這些蛋白多屬于a t p 結(jié)合蛋i 蘭t a t p b i n d i n g c a s s e t t e a b c 家 族 其中最主要的三類a b c 家族 第一類是p g p 蛋白 圖1 4a 有1 2 個(gè)跨膜區(qū) 在胞內(nèi) 側(cè)有2 個(gè)a t p 結(jié)合位點(diǎn) 跨膜區(qū)可以結(jié)合多種藥物底物 胞內(nèi)區(qū)結(jié)合的一個(gè)a t p 的水解時(shí) 蛋白結(jié)構(gòu)改變 將藥物泵出 當(dāng)另一個(gè)a t p 水解時(shí) 可以將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)再恢復(fù)回原來(lái)的構(gòu) 型 通過(guò)這樣依賴a t p 功能的變構(gòu)實(shí)現(xiàn)藥物的外排 第二類a b c 蛋白是m r p i 其二級(jí)結(jié) 構(gòu)和p g p 很相似 只是前者n 端多5 個(gè)跨膜區(qū) 圖1 4b 它多結(jié)合中性及負(fù)性的疏水藥物 在外排的過(guò)程中伴隨著谷胱甘肽的轉(zhuǎn)運(yùn) m x r b c r p a b c p 等蛋白屬于第三類 其結(jié)構(gòu) 如圖1 4c 具6 個(gè)跨膜區(qū) n 端有a t p 結(jié)合位點(diǎn) 他們能夠依賴a t p 水解提供能量將抗癌 藥物泵出胞外 s u d 岫 e x a m p l e s c n 辨c 讎 r 1c a j b c b l 刪 a b 0 麟c a b 0 哳 i p 7 c c l b s 舊燃pc 陽(yáng)e 刨1 舸糾似b c c l 鼎 a b c 蚴 m r p 3 a 歐 c 固 黼似b c 6 m 盱 k r p l i u 矜 p a b a 鋤 f i g u r e1 4s t r u c t u r e so ft h r e ec a t e g o r i e so f a b ct r a n s p o r t e r sk n o w n t oc o n f e rd r u gr e s i s t a n c e 4 6 1 伴隨著納米科學(xué)韻發(fā)展 利用納米材料來(lái)逆轉(zhuǎn)多藥耐藥性的研究也在如火如荼地進(jìn)行中 比如 將抗癌藥物包裹在納米脂質(zhì)體或膠囊中 而避免跨膜蛋白的識(shí)別結(jié)合 通過(guò)細(xì)胞的胞 吞作用進(jìn)入腫瘤細(xì)胞 而提高了藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的濃度 也就提高了藥物對(duì)癌細(xì)胞的殺傷 能力 4 7 1 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí) 包裹在p i h c a 納米球中的阿霉素處理耐阿霉素膠質(zhì)瘤小鼠模型時(shí) 能夠比單純的阿霉素起到更加明顯的治療效果 4 8 此外 利用磁性四氧化三鐵納米粒子協(xié)同 6 第一章緒論 抗癌藥物 抑制腫瘤耐藥細(xì)胞中耐藥蛋白的功能 進(jìn)一步增加藥物在靶向腫瘤細(xì)胞內(nèi)的蓄積 也可以達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的目 箏j 4 9 5 0 很多令人鼓舞的結(jié)果顯示了納米粒子具有逆轉(zhuǎn) m d r 的功能 從而為治療腫瘤開辟了一條光明的途徑 1 3 2 納米材