利用主客体化学制备水溶性上转换纳米药物及在肿瘤诊疗中的应用

Bruker AXS 公司) ; Nicolet 6700 高级傅立叶变换红外光谱仪( 美国 Thermo Fisher 公司) ; U3310 紫外可
见分光光度计( 日本日立公司) ; FLSP鄄920 研究型荧光光谱仪( 英国 Eninburgh Instruments 公司) ; M630
摇 2019鄄01鄄22 收稿; 2019鄄04鄄15 接受 本文 系 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( Nos. 51872282, 51672269, 51720105015, 51772124 ) 、 吉 林 省 科 技 发 展 计 划 项 目 ( Nos. 20170204028GX, 20170101188JC, 20180520163JH) 和中国科学院青年创新促进会项目( No. 2017273) 资助 * E鄄mail: zhuzhongli321@ 163. com; jlin@ ciac. ac. cn
第 47 卷
分析化学 ( FENXI HUAXUE) 摇 研究报告
第6 期
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2019 年 6 月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
823 ~ 831
DOI:10. 19756 / j. issn. 0253鄄3820. 191050
利用主客体化学制备水溶性上转换纳米药物及 在肿瘤诊疗中的应用
邵 帅1,2 摇 丁彬彬2 摇 朱忠丽*1 摇 马平安2 摇 林 君*2
1( 长春理工大学, 长春 130022) 摇 摇 2( 中国科学院长春应用化学研究所, 长春 130022)
摘摇 要摇 镧系上转换纳米粒子是良好的药物载体和体内成像剂,但表面的疏水性限制了在医学研究中的应 用。 本研究以具有良好的生物相容性和多功能的主客体性质的 茁鄄环糊精( 茁鄄CD) 为主体,茁鄄2% Er,20% Yb: NaYF4( 茁鄄Er,Yb:NaYF4 ) 表面的油酸分子为客体,通过主客体作用,采用一步超声法将 茁鄄CD 修饰到纳米粒子 表面,进而将抗肿瘤药物盐酸阿霉素( DOX) 通过亲疏水作用负载到油酸分子与 茁鄄CD 形成的间隙中,获得水 溶性的纳米药物载体( 茁鄄Er,Yb:NaYF4 @ 茁鄄CD鄄DOX) ,此药物载体在 980 nm 近红外光照射下可产生发射波长 为 540 nm 的荧光和光声信号,可实现上转换荧光和光声信号双模式成像。 采用 X鄄射线衍射、透射电子显微 镜和傅立叶红外光谱分析了 茁鄄Er,Yb:NaYF4 @ 茁鄄CD鄄DOX 纳米药物载体结构,采用紫外鄄可见分光度法考察药 物的载药量和 pH 敏感性释放,采用细胞内吞实验检测了纳米载体对药物传递和体外成像功能,利用 MTT 法 检测 茁鄄Er,Yb:NaYF4 @ 茁鄄CD鄄DOX 对人源肝癌细胞 HepG2 增殖的抑制作用,利用光声成像系统和小鼠成像系 统检测了药物载体在小鼠肿瘤内的成像效果。 结果表明,制备的药物载体 茁鄄Er,Yb:NaYF4 @ 茁鄄CD鄄DOX 具有 pH 敏感释放效应,显著增强了体外抗肝癌细胞的毒性及诱导肿瘤细胞凋亡,同时具备上转换及光声双模式的 体外 / 体内成像功能。 此药物载体有望成为新型药物传递成像载体,用于抗肝癌的治疗研究。
关键词摇 上转换发光; 茁鄄环糊精; 主客体; 光声成像; 细胞凋亡
1摇 引 言
镧系上转换纳米粒子在药物载体、生物成像、荧光探针、光学催化等方面有良好的应用前景。 相比 于传统有机荧光染料和半导体量子点,在近红外光照射下,上转换纳米材料具有优异的光学性质、热稳 定性、较深的组织穿透能力和较弱的自荧光; 此外,由于生物相容性好、尺寸较小、表面易修饰等特点, 上转换纳米材料被广泛用于医学治疗[1 ~ 14] 。 然而,上转换纳米材料通常是将有机配体作为表面活性剂 合成,其表面疏水作用影响了其生物相容性。 因此,探索上转换纳米材料表面修饰方法,对其在生物医 学研究中的应用至关重要[15 ~ 17] 。 在以往的上转换纳米材料表面改性的研究中,通常是在材料表面修饰 亲水性高分子聚乙烯亚胺( PEI) 或有机硅材料改善纳米粒子表面的水溶性,进而在其表面引入各种官 能团( 如氨基、羧基、巯基等) ,促进其与各种生物分子的结合。 Wang 等[18] 将带有 NH2 官能团的 PEI 聚合物包裹在上转换纳米粒子表面,并负载光敏剂( Ce6) 和 siRNA 进行光动力疗法, 并联合基因治 疗用于体外抗肿瘤治疗。 Liu 等[19] 合成了上转换纳米粒子表面包覆水溶性介孔二氧化硅,并通过二氧 化硅的孔道负载药物,应用于抗肿瘤治疗和小鼠体内成像。 然而,上转换纳米粒子经过高分子聚合物或 有机硅材料修饰后,虽然满足了在生物医学中生物相容性、生物成像、药物传送的要求,但是它们的难降 解性和生物成像单一化的问题,阻碍了进一步的研究进展。 因此,亟需开发生物可降解和具有多模式成 像一体化性质的上转换纳米表面修饰材料。 茁鄄CD 是一种应用广泛的宿主分子,由于低毒性、良好的水 溶性和生物膜渗透能力,广泛用于药物增溶和非病毒载体构建等生物医学领域中[20 ~ 23] 。
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分析化学
第 47 卷
茁鄄Er,Yb:NaYF4 在 980 nm 近红外光激发下产生的上转换荧光和光声信号,实现了体内和体外双模式成 像,构建了一种新型药物传递、成像一体化的诊疗体系。
2摇 实验部分2. 1源自 仪器与试剂FEI TecnaiG2 F20 S鄄Twin 透射电子显微镜( 美国 FEI 公司) ; Bruker D8 Focus X 射线衍射仪( 德国
基于上转换纳米粒子( Up鄄conversion nanoparticles, UCNPS) 和 茁鄄CD 的独特性质,本研究采用一步 超声法将 茁鄄CD 修饰到 茁鄄Er,Yb:NaYF4 表面,通过亲疏水作用使油酸分子链与 茁鄄CD 之间形成空腔,进 而负载小分子抗癌药物 DOX[24] ,实现了药物分子的 pH 响应释放,应用于体外抗肝癌治疗研究; 基于