论文部分内容阅读
肿瘤特别是恶性肿瘤也就是癌症,具有难以治愈、易转移、易复发的特点,是目前严重威胁人们健康和社会经济发展的疾病。传统的肿瘤治疗方案有手术、化疗、放疗等。然而,化疗通常会引起全身副作用,手术又会有较高的复发率,放疗受累积辐射剂量的限制。人们不断探索着新方法去治疗肿瘤,光动力治疗（PDT）就是其中一种。光动力治疗是一种非入侵式的肿瘤治疗方法,它通过适宜频率的光、光敏剂和氧气分子之间的作用,从而产生活性氧（ROS）,ROS可以杀死肿瘤细胞。但是光动力治疗也存在着一些缺点:比如光敏剂具有暗毒性,这是由于光敏剂选择性差,不能靶向到肿瘤部位的光敏剂在激光甚至可见光的激发下也会产生ROS损坏正常细胞。卟啉因为其独特的生理活性和对癌细胞独特的亲和力在医学上被作为抗癌光动力疗法的光敏剂。四（4-羧苯基）卟吩（TCPP）就是其中的一种,具有光敏期短、可穿透组织深处、单线态氧产率高等优点。但是,因为TCPP的π-芳香大环间易发生π-π堆叠而引起强烈的相互吸引作用,引起其自身的聚集而导致其光动力效率的降低。特别是在肿瘤的微酸环境中,由于TCPP上羧基的存在,使它们更容易发生聚集而降低其ROS产率。而相比于正常生理组织,肿瘤微环境具有微酸性、还原性、酶表达异常等特点。基于以上研究背景,我们在TCPP的芳香环外围引入空间位阻较大的基团来减少分子间相互作用,并且可以使卟啉的pKa发生反转,即在肿瘤的微酸环境中新产物反而能得到质子溶解,减少分子间聚集,使光动力效率得到提高。本论文的主要工作是合成了一系列不同pKa的胺修饰的TCPP小分子,然后在此基础上进一步修饰了小肽GPLGLAG和亲水聚乙二醇（PEG）链,获得一条两亲性聚合物,使其能自组装成纳米粒,具有更好的生物相容性。最后,在卟啉大环中心配位Mn2+,利用纳米粒的疏水中心负载抗癌药物,合成了可以用于双模态成像引导的癌症协同治疗纳米粒。本论文的具体研究内容如下:第一章绪论本章首先阐述了肿瘤的微环境特别是酸环境在肿瘤检测和治疗中的意义。然后介绍了光动力治疗的原理、机制和光敏剂的种类。接下来介绍了纳米荧光材料在光动力治疗中的应用及应用前景。最后表述了本论文研究的工作目的和意义。第二章基于胺修饰的不同pKa的酸敏感TCPP小分子的合成与表征本工作利用酰胺化或醇胺化反应使TCPP的四个羧基功能化修饰不同烷基链长的胺,从而获得了一系列不同pKa的酸敏感小分子。卟啉是光动力治疗的一种光敏剂,由于分子间的π-π堆叠和疏水作用导致其容易聚集,而在肿瘤的微酸环境中,TCPP的四个乙酸根被质子化,溶解度减少,更易发生聚集,结果使其荧光强度和活性氧产率都会减弱。为了使TCPP具有酸敏感特性以提高在肿瘤酸环境中的光动力效率,我们用不同烷基链长的胺修饰TCPP上的四个羧基,获得了四种不同pKa的酸敏感光敏剂:N,N-二甲基乙二胺-TCPP（DMA-TCPP）,N,N-二异丙基乙二胺-TCPP（DPA-TCPP）,N,N-二正丁基乙二胺-TCPP（DBA-TCPP）和N,N-二异丙基乙醇胺-TCPP（DPE-TCPP）,它们的pKa分别为7.5、6.8、5.7、4.9。pH小于pKa时,这些小分子的荧光迅速增强,增强的倍数分别为8倍、7倍、11倍和50倍。同时我们检测了活性氧产率随pH变化的情况,结果显示活性氧产率随pH变化的规律与荧光的变化规律相同。这表明我们成功地制备了在酸性环境中具有较强荧光发射和活性氧产率的光敏剂,为我们利用这些小分子对肿瘤微环境的成像和可控的光动力治疗提供可能性。第三章基于胺修饰的不同pKa的酸敏感纳米粒的合成与表征肿瘤微环境除了具有微酸性的特点,其基质金属蛋白酶（MMP-2）也过表达。为了提高光动力治疗的选择性,本工作将酸敏感TCPP同时修饰MMP-2的底物肽和PEG链得到两亲性聚合物,并将该聚合物制备成MMP-2酶敏感和酸敏感的纳米粒。首先我们将MMP-2的底物肽GPLGLAG和亲水的PEG连接在一起,再将肽端接到TCPP上,然后在TCPP的剩余三个羧基上接上胺,获得两亲聚合物DXA-TCPP-GPLGLAG-PEG（DXA-TGP）。该聚合物长链通过超声沉淀法可以自组装成为纳米粒。由于胺的修饰,该纳米粒的荧光具有随pH降低荧光强度明显增强的效果,经计算N,N-二异丙基乙二胺修饰纳米粒的pKa为6.8,N,N-二正丁基修饰纳米粒的pKa为5.7。TEM和DLS表征发现,在pH>pKa时,纳米粒均一,粒径为3040 nm;在pHa时,纳米粒会分解得到无定形聚合物,粒径变小且尺寸不均一。我们也测试了MMP-2对纳米粒的分解,说明纳米粒对酶有响应。这两个pH值在肿瘤组织的细胞外基质/早期内涵体和溶酶体的pH范围内,细胞的荧光成像实验也验证了本工作合成的纳米粒可以用于细胞器的定位和成像。第四章酸敏感纳米粒的双模态成像分析和协同治疗应用本课题在酸敏感纳米粒的基础上对纳米粒进行进一步功能化和药物负载,使其成为一个具有双模态（荧光、磁）成像和协同治疗功能的多功能纳米材料,用于活体成像和协同治疗研究。我们在TCPP的大环中心配位一个Mn2+,从而使其具有酸敏感性质的同时也具有磁响应信号,实现在酸性条件下磁信号随着纳米粒分解而增强,在碱性条件或正常生理条件下磁信号减弱的性能,用于肿瘤的磁共振成像。然后,通过在纳米粒的疏水内核以疏水作用包入抗癌药物阿霉素（DOX）,通过荧光标准曲线定量,我们可知载药率为7 wt%。利用以上纳米粒,我们进行了活体成像和活体药效实验,证明了该纳米粒的荧光和磁成像可行性以及治疗可行性。