肿瘤微环境响应型多功能纳米材料的制备及其在肿瘤联合治疗中的应用

目的:1.制备兼有良好光热/热电/化学动力学性能且生物相容性良好的PtTeCu@RM纳米棒。探究其在肿瘤微环境内部的生化信号和外部近红外光刺激下,体外光热疗法(photothermal therapy,PTT)/热电动力学疗法(pyroelectric dynamic therapy,PEDT)/化学动力学疗法(chemodynamic therapy,CDT)多模式联合杀伤肝癌Hep G-2细胞效应。2.制备兼有良好光热/化学动力学性能且生物相容性良好的In_2S_3-CIS/RM中空纳米管,构建光热/化学immune synapse动力学两种疗法联合的In_2S_3-CIS/RM纳米治疗体系,探究其在近红外光和H_2O_2的介导下,对Hep G-2细胞的PTT/CDT双模式联合杀伤效应。3.制备化学动力学性能良好的可注射多功能水凝胶CuIn-MOF/GOx/ALG纳米锥,应用于饥饿疗法(starvation therapy,ST)/CDT联合局部杀伤Hep G-2细胞。方法:1.首先,采用溶剂热法制备PtTeCu纳米棒,并通过超声挤压将红细胞膜(red blood cell membrane,RM)包裹在纳米棒上,合成PtTeCu@RM纳米棒,然后采用透射电镜(transmission electron microscope,TEM)分析、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)测试、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、粒径及Zeta电位等对其进行多方面表征。其次,通过光热转换实验考察PtTeCu@RM的光热转换能力,同时通过测量电化学阻抗考察其热电转换性能,并通过类过氧化物酶活性测定、检测单线态氧的生成和消耗谷胱甘肽的实验考察其化学动力学性能。最后,以人肝癌细胞(Hep G-2)为研究对象,采用2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)探针法检测Hep G-2细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)物质,并采用Calcein-AM/PI活死细胞染色法进一步考察PtTeCu@RM的体外多模式协同杀伤Hep G-2细胞效应。2.首先,以MIL-68(In)为起始模板,通过液相硫化和水热离子交换两步法制备In_2S_3-CIS中空纳米管,并通过超声挤压将红细胞膜包覆在纳米管上,合成In_2S_3-CIS/RM中空纳米管。其次,采用TEM、EDS、XRD和XPS等多种表征方式进行表征,并通过光热转换实验考察其光热转换能力,同时通过类过氧化物酶活性测定、检测单线态氧的生成和消耗谷胱甘肽的实验考察其化学动力学性能。最后,以Hep G-2为研究对象,采用DCFH-DA探针法检测Hep G-2细胞内ROS物质,并采用Calcein-AM/PI活死细胞染色法进一步考察In_2S_3-CIS/RM PTT/CDT杀伤HepBafilomycin A1细胞培养 G-2细胞效应。3.首先,以In(NO_3)_3·4H_2O和Cu(NO_3)_2·3H_2O为金属前驱体,对苯二甲酸为有机配体,DMF为溶剂合成CuIn-MOF,并将GOx偶联至CuIn-MOF上,然后将合成的CuIn-MOF/GOx与ALG复合形成CuIn-MOF/GOx/ALG纳米锥。其次,采用TEM、XRD和XPS等多种表征方式表征,通过类过氧化物酶活性测定和消耗谷胱甘肽的实验考察其化学动力学性能,并通过其与Ca~(2+)之间的络合反应将溶液转化为水凝胶,考察其凝胶性能及化学动力学性能。最后,以Hep G-2细胞为研究对象,采用DCFH-DA探针法检测Hep G-2细胞内ROS物质,并采用Calcein-AM/PI活死细胞染色法进一步考察CuIn-MOF/GOx@RM体外饥饿疗法/化学动力学联合局部杀伤癌细胞效应。结果:1.TEM图像显示,PtTeCu纳米棒呈一维棒状形态,分散均匀,并且外层有红细胞膜包裹,表明成功制备PtTeCu@RM纳米棒;XRD图结果表明,PtTeCu与标准晶体结构数据库中Pt Te_2的晶体结构匹配;XPS全谱图进一步显示,PtTeCu纳米棒由Pt、Te和Cu三种元素组成;粒径、电位图和傅里叶红外光谱图表明,红细胞膜成功包裹在PtTeCu纳米棒上;光热转换实验结果表明,在808 nm近红外光(光照强度1 W·cm~(-2))照射下,PtTeCu@RM具有良好的光热性能,并且稳定性良好;电化学阻抗谱图表明PtTeCu@RM在808 nm近红外光照射下,具有良好的电荷转移能力,它是一种较好的热释电材料;酶动力学测定结果表明,PtTeCu@RM纳米棒具有优异的类过氧化物酶活性,并且在体外产生单线态氧等活性氧物质能力较强;谷胱甘肽消耗实验表明,PtTeCu@RM纳米棒可以较多地消耗GSH,从而提高其杀伤癌细胞的效应;体外细胞实验表明,PtTeCu@RM纳米棒具有良好的生物安全性,并且在808 nm近红外光照下具有显著的杀伤肝癌Hep G-2细胞效应。2.TEM图像显示,In_2S_3-CIS纳米管的管状形态,分散均匀,并且外层有红细胞膜包裹,表明成功制备In_2S_3-CIS/RM中空纳米管;EDS图谱证实In_2S_3-CIS纳米管由In、Cu和S三种元素组成;XRD图结果表明,In_2S_3-CIS与标准晶体结构数据库中In_2S_3的晶体结构匹配;XPS全谱图进一步显示In_2S_3-CIS中空纳米管由Cu、In和S三种元素组成;粒径、电位图和傅里叶红外光谱图表明,红细胞膜成功包覆在In_2S_3-CIS中空纳米管上;光热转换实验和稳定性实验结果表明,In_2S_3-CIS/RM在808 nm近红外光(光照强度1 W·cm~(-2))照射下光热性能和稳定性良好;酶动力学测定、单线态氧检测及谷胱甘肽消耗实验证明In_2S_3-CIS/RM中空纳米管具有优异的类过氧化物酶活性;体外细胞实验表明,In_2S_3-CIS/RM中空纳米管具有良好的生物安全性,且在808 nm近红外光照下具有显著的光热联合化学动力学杀伤肝癌Hep G-2细胞效应Pevonedistat。3.TEM图像显示,CuIn-MOF呈锥状,分散均匀;XRD图结果表明,谱图与拟合MIL-68(In)图谱的衍射峰位置相匹配,表明CuIn-MOF与MIL-68(In)具有相同的晶体结构;XPS全谱图进一步显示CuIn-MOF纳米锥由Cu、In和O三种元素组成;Zeta电位图表明,随着GOx和ALG加载至CuIn-MOF上,Zeta电位逐渐减小,说明成功合成了CuIn-MOF/GOx/ALG;傅里叶红外光谱图进一步证明成功合成了CuIn-MOF/GOx/ALG;在Ca~(2+)溶液中加入CuIn-MOF/GOx/ALG后,溶液转变为水凝胶,表明CuIn-MOF/GOx/ALG通过与Ca~(2+)间的络合反应将溶液转化为水凝胶;葡萄糖酸检测实验表明,CuIn-MOF/GOx/ALG可以催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸,从而实现饥饿疗法抗肿瘤效应;研究了不同p H、不同浓度的H_2O_2和CuIn-MOF/GOx/ALG对CuIn-MOF/GOx/ALG纳米锥可注射多功能水凝胶化学动力学性能的影响,结果表明在酸环境中CuIn-MOF/GOx/ALG纳米锥的类过氧化物酶的催化活性较好;且随着H_2O_2浓度和CuIn-MOF/GOx/ALG浓度的增大,CuIn-MOF/GOx/ALG的类过氧化物酶活性更佳;酶动力学测定及谷胱甘肽消耗实验进一步证明,CuIn-MOF/GOx/ALG纳米锥具有优异的类过氧化物酶活性;体外细胞实验表明,CuIn-MOF/GOx/ALG通过与肿瘤细胞中的Ca~(2+)之间发生络合反应,使注射的溶液转化为水凝胶,并精准地在肿瘤部位持续作用,实现饥饿疗法与化学动力学疗法的联合杀伤癌细胞效应。结论:1.成功合成PtTeCuPtTeCu@RM纳米棒;PtTeCu@RM纳米棒具有良好的光热、热电、化学动力学性能和良好的生物安全性,并且在808 nm近红外光照下具有显著的光热/热电/化学动力学联合杀伤肝癌Hep G-2细胞效应。2.利用两步法和超声挤压成功制备In_2S_3-CIS/RM中空纳米管;In_2S_3-CIS/RM具有良好的光热和化学动力学性能及良好的生物安全性,并且在808 nm近红外光照下具有显著的光热联合化学动力学杀伤肝癌Hep G-2细胞效应。3.成功制备具有良好的化学动力学性能的可注射多功能水凝胶CuIn-MOF/GOx/ALG纳米锥;其可精准地在肿瘤部位持续作用,发挥良好的饥饿疗法联合化学动力学疗法局部杀伤肝癌Hep G-2细胞效应。