二氧化硅纳米颗粒的抗肿瘤药物载体研究

学校代号10532学号S07221001分类号密级硕士学位论文基于二氧化硅纳米颗粒的抗肿瘤药物载体研究学位申请人姓名海罗培养单位生命科学与技术研究院导师姓名及职称何晓晓教授王柯敏教授学科专业生物化学与分子生物学研究方向生物纳米技术论文提交日期2010年5月学校代号：10532学号：S07221001密级：湖南大学硕士学位论文基于二氧化硅纳米颗粒的抗肿瘤药物载体研究学位申请人姓名：海罗导师姓名及职称：何晓晓教授王柯敏教授培养单位：生命科学与技术研究院专业名称：生物化学与分子生物学论文提交日期：2010年5月论文答辩日期：2010年6月答辩委员会主席：陈金华教授ANovelAnticancerDrugCarrierSystemBasedonSilicaNanoparticlesbyHAILuoB.S.(HunanUniversity)2007AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinBiochemistryandmolecularbiologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHeXiaoxiao&ProfessorWangKeminJune,2010湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2010年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在______年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名：日期：2010年月日导师签名：日期：2010年月日基于二氧化硅纳米颗粒的抗肿瘤药物载体研究II摘要癌症治疗对于提高患者的生存质量、减轻患者的痛苦、降低死亡率具有十分重要的意义。传统的化疗方法存在毒副作用大等缺点，对患者身心造成极大地损伤。随着纳米技术的迅速发展，功能化纳米材料作为一种新型抗肿瘤药物载体为癌症治疗注入了新的活力，为改善抗肿瘤药物载药体系提供了新的思路与手段。二氧化硅纳米颗粒材料作为无机纳米颗粒材料的重要成员之一，由于其制备简便、性质稳定、生物相容性好和表面易修饰，在生物医学领域发挥了重要作用。本论文瞄准抗肿瘤药物载体这一前沿研究方向，在对各种抗肿瘤药物载体进行简要综述的基础上，以二氧化硅纳米颗粒用于抗肿瘤药物载体为主线，主要开展了以下三个方面的工作：一、基于磷酸化修饰的二氧化硅纳米颗粒药物缓释载体研究采用反相微乳液体系中功能化基团同步修饰方法制备了包载抗肿瘤药物平阳霉素的磷酸化二氧化硅纳米颗粒（PO4-PYM-SiNP），考查了不同量磷酸化修饰试剂对PO4-PYM-SiNP的影响。结果表明：随着磷酸化修饰试剂量的增加，制备的PO4-PYM-SiNP的电位逐渐降低，其包载的平阳霉素的释放速率逐渐加快，但磷酸化修饰量的不同对颗粒的粒径没有明显影响。选择能使药物平稳、缓慢释放的磷酸化修饰试剂量，制备了稳定性好、药物缓释时间长的PO4-PYM-SiNP，其载药量和包封率分别为7.2%和37.81%，通过与CNE-2细胞共培育后，可以使CNE-2细胞的存活率逐渐下降，而磷酸化二氧化硅纳米颗粒PO4-SiNP载体本身是没有毒性。这一研究工作的开展拓展了二氧化硅纳米颗粒在药物载体领域的应用。二、基于氟化钠催化的包裹阿霉素二氧化硅纳米颗粒的制备研究采用反相微乳液法以氟化钠为催化剂，制备包载阿霉素的二氧化硅纳米颗粒（DOX-SiNP），优化了阿霉素的最佳包裹浓度，并通过采用不同硅烷化试剂制备了不同功能化基团修饰包载阿霉素的二氧化硅纳米颗粒，包括氨基化包裹阿霉素二氧化硅纳米颗粒(NH2-DOX-SiNP)、聚乙二醇化包裹阿霉素二氧化硅纳米颗粒(PEG-DOX-SiNP)、磷酸化包裹阿霉素二氧化硅纳米颗粒(PO4-DOX-SiNP)和羧基化包裹阿霉素二氧化硅纳米颗粒(COOH-DOX-SiNP)，考察了这些颗粒的药物缓释性能。在此基础上，为便于后续功能生物分子的修饰，再具体以COOH-DOX-SiNP为研究对象，优化了羧基化硅烷化试剂的最佳修饰量。结果表明：通过采用氟化钠为催化剂，能将在强酸及碱性条件下不稳定的抗肿瘤药物阿霉素包裹进二氧化硅纳米颗粒中获得阿霉素二氧化硅纳米颗粒。当采用不同硅烷化试剂修饰获得不同功能化基团修饰包载阿霉素的二氧化硅纳米颗粒，其药物释硕士学位论文III放平稳且缓释时间长。通过优化阿霉素浓度和羧基化硅烷化试剂的最佳修饰量制备得到的COOH-DOX-SiNP荧光强度高、尺寸均一、形状规则、分散性好，稳定性高，载药量和包封率分别为4.2%和21.98%。该研究工作的开展为将在强酸及碱性条件下不稳定的分子包裹进二氧化硅纳米颗粒内提供了一种新的方法。三、核酸适体功能化包裹阿霉素二氧化硅纳米颗粒用于肿瘤靶向治疗研究通过EDC/NHS交联方法，将CCRF-CEM细胞（人急性白血病T淋巴细胞）特异性核酸适体Sgc8c修饰在羧基化二氧化硅纳米颗粒（COOH-DOX-SiNP）表面，获得Sgc8c修饰的二氧化硅纳米颗粒（Sgc8c-DOX-SiNP）。在此基础上，采用MTT法和碘化丙啶染色法考察了氟化钠催化方法制备的二氧化硅纳米颗粒(COOH-SiNP)、未修饰Sgc8c的阿霉素二氧化硅纳米颗粒(COOH-DOX-SiNP)以及Sgc8c-DOX-SiNP对肿瘤细胞的杀伤效果。结果表明：在一定浓度范围内，COOH-SiNP载体本身没有毒性。当将阿霉素载入COOH-SiNP后，获得的COOH-DOX-SiNP对CCRF-CEM细胞和Ramos细胞均具有很好的杀伤效果，并且对CCRF-CEM细胞和Ramos细胞具有无选择的杀伤。对CEM细胞来说，其半致死浓度相对未包裹的阿霉素提高了5.46倍。修饰了靶向分子以后，Sgc8c-DOX-SiNP则能够选择性地杀伤靶细胞CCRF-CEM，而对非靶向的Ramos细胞的存活率影响则较小。这是因为修饰了核酸适体的载药颗粒能够特异性识别靶细胞。通过利用阿霉素自身的荧光信号，采用流式细胞仪和激光共聚焦显微镜考察Sgc8c-DOX-SiNP对靶细胞的识别效果更进一步证实了这一解释。这一研究工作首次将核酸适体连接到阿霉素二氧化硅纳米颗粒表面实现了抗肿瘤药物的靶向运输与治疗。关键词：抗肿瘤药物；核酸适体；药物载体；二氧化硅纳米颗粒；氟化钠；阿霉素；平阳霉素基于二氧化硅纳米颗粒的抗肿瘤药物载体研究IVAbstractCancertherapycanalleviatethesuffering,improvequalityoflifeandreducemortalityofpatients.Traditionalchemotherapyexistssideeffectsandcausegreatlyphysicalandpsychologicaldamagetothepatients.Recently,nanotechnologyconstantlyinfluenceantitumordrugsdeliveryfieldandtriggeredaprofoundrevolution.Silicananoparticles,asoneoftheimportantinorganicnanomaterials,displayseveralfeaturesofstraightforwardsynthesis,goodstability,excellentbiocompatibilityandeasilymodification,whichmakethembewidelyappliedinbiomedicine.Aimingattheimportantaspectofanticancerdrugdelivery,thisthesismainlyfocusesondevelopmentofanovelanticancerdrugcarriersystembasedonsilicananoparticles.Thethreepartsofthethesisareasfollows.1.Studyonanoveldrugcarriersystembasedonphosphonate-terminatedsilicananoparticles.Pingyangmycin(PYM)dopedphosphonate-terminatedsilicananoparticles(PO4-PYM-SiNP)werepreparedviathesynchronousmodificationoffunctionalgroupinthewater-in-oilmicroemulsion.Theeffectof3-trihydroxysilylpropylmethylphosphonate(THPMP)onthePO4-PYM-SiNPhasbeeninvestigated.TheresultsshowedthatthezetapotentialofPO4-PYM-SiNPdecreasedobviously,andthereleaserateofPYMfromthePO4-PYM-SiNPacceleratedwithincreaseofaddedTHPMP.However,thequantumofTHPMPhadnoimpactonthesizeofPO4-PYM-SiNP.APO4-PYM-SiNPwithgoodstabilityandlongactingreleasehasbeenpreparedusingoptimalquantumTHPMP,atwhichthedrugcanreleasesteadilyandslowly.ThepreparedPO4-PYM-SiNPpresenteddrugloadingandentrapmentefficiencyof7.2%and37.81%,respectively.ThePO4-PYM-SiNPcouldmakethesurvivalrateofCNE-2cellsfellgradually,andPO4-SiNPitselfwasnontoxic.Theresearchworkexpandstheapplicationsofsilicananoparticlesinthefieldofdrugcarrier.2.StudyonNaF-CatalyzedSynthesisofDoxorubicinDopedSilicaNanoparticlesWeusedsodiumfluoride(NaF)catalyzedhydrolysisofsilaneprecursorsinthereversemicroemulsiontoencapsulatedoxorubicin(DOX)intheSiNPs.WeinvestigatedtheeffectoftheconcentrationofDOXonfluorescenceintensityof硕士学位论文VDOX-SiNP.Then,amino-terminatedDOX-SiNP(NH2-DOX-SiNP),poly(ethyleneglycol)(PEG)-terminatedDOX-SiNP(PEG-DOX-SiNP),phosphonate-terminated