光热转换纳米粒子的制备及癌症诊疗研究

发布时间：2017-12-06 15:18

  本文关键词：光热转换纳米粒子的制备及癌症诊疗研究

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【摘要】：光热治疗是一种新兴癌症治疗技术,借助光热转换材料将光能高效转化为热能,使局部组织快速升温来杀死癌细胞。该治疗技术具有非侵入性、定点消融和操作简便的优点,有望代替手术切除来实现肿瘤消融。光热治疗前,需要联合医学影像技术对肿瘤进行鉴定和定位;治疗过程中,需要借助医学影像实时评估治疗效果;治疗结束后,同样需要进行影像诊断以确定病人是否完全康复。通过将具有诊断功能的造影剂引入到光热转换制剂中,开发集影像诊断和光热治疗为一体的纳米诊疗制剂将有望减少病人服药次数,提高癌症的诊断和治疗效率。尽管金、硫化铜和碳等无机纳米材料以及聚苯胺、聚吡咯和卟啉脂质体等有机纳米材料,均被认为能在癌症的诊断和光热治疗过程中发挥重要的作用,但目前大部分处于实验室研究阶段的光热转换纳米材料存在生物相容性差、不可降解和制备工艺复杂等缺点。因此,本研究以开发高生物相容性的纳米材料为目标,针对性设计和制备了三种新型癌症诊疗用纳米制剂,在肿瘤的诊断和治疗方面具有很大的应用前景。为克服碳材料天然疏水和需表面修饰的缺点,本研究采用葡萄糖水热法制备了平均粒径为60 nm的碳纳米球(CNSs)。相比于石墨烯和碳纳米管等碳材料在生物医用前,需要进行氧化处理或修饰亲水性生物分子来增强其在水环境中的分散性,CNSs具有原生的高生物相容性,这是由于水热过程中其表面会形成大量的亲水基团。此外,CNSs的碳化核心拥有碳材料强近红外吸收特性,具有显著的光热效应,光热转化效率为35.1%。在近红外激光辅助下,能通过光热作用杀死高达85%的癌细胞;体内光声成像实验则表明,注射12 h后,肿瘤区域的光声信号达到注射前的2.5倍,具有显著的光声造影效果。因此,以葡萄糖为前驱体的CNSs可作为高生物相容性的新型诊疗制剂用于肿瘤的光声成像和光热治疗。为避免碳纳米球等无机材料由于不可降解而可能长期滞留体内引起潜在的毒性风险,本研究选择具有内在螯合Mn~(2+)离子的特性的聚多巴胺,设计和制备了聚乙二醇修饰的螯合Mn~(2+)离子的聚多巴胺(PMPDA)纳米粒子,并评价了其同时用于磁共振造影和光热治疗的诊疗效果。聚多巴胺由多巴胺单体在碱性环境中聚合得到,具有与人体黑色素类似的组成和结构,因此在临床前研究中表现出了非常好的生物相容性。研究发现其纵向弛豫率达到了6.55m M-1s-1,高于商业化的Gd-DTPA(Gadolinium-diethylenetriaminepentaacetic acid)。与大多数磁共振引导的光热治疗的诊疗制剂相比,PMPDA纳米粒子的制备过程简单,无需引入外在的螯合剂来螯合顺磁性金属离子,降低了外在螯合剂可能带来的风险。且由于使用的造影成分为Mn~(2+),也不会有引起肾源性系统纤维化的风险。因此,这种集磁共振成像和光热治疗为一体的高生物相容性诊疗制剂具有非常好的应用前景。针对聚多巴胺等化学合成的材料在最终应用到临床领域前,还需进行详细的代谢机理研究和漫长的毒性评价的不足,本研究以由动植物遗体经微生物降解得到的天然腐植酸钠为研究对象,探讨了其作为一种新型诊疗制剂同时用于光声成像和光热治疗的可能性。研究发现腐殖酸钠具有显著的光热效应,光热转化效率高达66.2%。体内和体外的光声成像结果表明腐殖酸钠具有优秀的光声造影能力,经小鼠尾部静脉注射腐殖酸钠2 h后,肿瘤区域的光声信号强度能到达原来的2.15倍;进一步向瘤内注射腐殖酸钠,在激光辅助下成功实现了肿瘤的热消融,在20天内未见肿瘤复发,治愈率到达100%。随后的MTT细胞毒性实验、血清生化检查和组织切片进一步证实了其优异的生物相容性。作为一种新型光热型诊疗制剂,腐殖酸钠具有重大的临床应用潜力。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R73-3;TB383.1

【参考文献】

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1 柯亨特;集癌症成像与光热治疗于一体的多功能微胶囊的研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：1259043