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癌症是一种严重危害人类生命健康的疾病,实现对其早期诊断和有效治疗一直是当今世界科学研究的一项重要任务。检测癌细胞个数是对恶性肿瘤进行预防和早期诊断的主要方式之一。基于光热治疗的多模式联合是治疗癌症的重要途径,特别是化疗和光热治疗的联合作用。近年来,纳米材料的广泛应用为癌症的早期诊断以及多模式治疗提供了更广阔的发展空间。硫属铜纳米晶(Chalcogenide copper nanocrystals,CuCNCs)是由金属元素Cu与硫族元素(如S、Se、Te等)形成的一类重要的p型半导体纳米材料。由于其具有高的载流子密度,在近红外区呈现局域表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance,LSPR)性质,且具有很高的光热转换效率,可以作为近红外光学探针和试剂,用于癌症的诊断和治疗。硒化铜纳米晶的制备方法很多,小粒径硒化铜由于优良的生物成像性质与光热转换效果,目前受到广泛的关注。但其合成一般采用比较严苛的条件和环境(如高温油相合成或需要氮气保护等),且其性能探讨与生物应用尚不全面,还有很大拓展空间。因此,本文基于硒化铜纳米材料的光学性质,拓展了其在癌细胞检测与治疗中的应用。具体开展了以下三个方面的研究:
1.Cu2-xSe/rGO作为纳米酶比色检测癌细胞个数。以氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)、二氧化硒(Selenium dioxide,SeO2)和五水合硫酸铜(Copper sulfate pentahydrate,CuSO4?5H2O)为原料,维生素C(Vitamin C,VC)为还原剂,通过绿色、简单的一步热合成法在 GO 上原位合成 Cu2-xSe 纳米颗粒,得到Cu2-xSe/rGO复合物。该复合物具有纳米酶性质,可协同催化H2O2产生羟基自由基,氧化 3,3,5,5-四甲基联苯胺(3,3,5,5-tetramethylbenzidine,TMB)显蓝色,在652 nm处出现特征吸收峰。该纳米酶被用于直接比色检测癌细胞个数,选择叶酸(Folic acid,FA)以靶向过度表达叶酸受体的癌细胞,Cu2-xSe/rGO与癌细胞的选择性结合将催化过程转化为定量比色信号,可以达到用肉眼区分63个癌细胞(MCF-7 细胞)的检测限。
2.Cu2-xSySe1-y NPs作为药物载体和光热试剂,用于化疗-光热协同治疗癌细胞。抗癌药物硼替佐米(Bortezomib,BTZ)和多巴胺(Dopamine,DA)在中性和碱性的条件下可以形成稳定的、共价结合的非活性结合物,但在酸性条件下分解释放出活性药物。Cu2-xSySe1-y NPs表面包被DA形成Cu2-xSySe1-y NPs与聚多巴胺的复合物(Cu2-xSySe1-y@pDA)。该复合物负载BTZ并与FA共价结合以识别作用靶向癌细胞,在癌组织的酸性条件下分解释放出游离的BTZ药物。Cu2-xSySe1-y@pDA在近红外二区激光照射下有良好的光热治疗效果,达到化疗和光热相结合的抗癌效果。
3.制备小尺寸的多功能硒化铜纳米探针并研究其光学性质与细胞毒性。本实验以VC为还原剂,二水合氯化铜(Copper chloride dihydrate,CuCl2?2H2O)和SeO2为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)为表面活性剂,在90℃下采用简单的一步水热法得到小粒径的发光Cu2-xSe纳米点。该Cu2-xSe纳米点在近红外区(Near infrared region,NIR)有良好的光热转换性能,具有量子点的荧光性质和过氧化物模拟酶活性,并且细胞毒性小,为下一步用作生物分析检测和和荧光成像实时分析介导的光热治疗奠定了基础。
综上所述,本文利用具有高载流子密度的硫属铜纳米晶的LSPR性质,实现了对癌细胞的比色检测与光热化疗协同治疗。并进一步合成了一种小尺寸、有近红外吸收和过氧化物模拟酶性质的发光硒化铜纳米探针,该探针有望用于癌细胞个数检测、光热治疗以及成像分析中。
1.Cu2-xSe/rGO作为纳米酶比色检测癌细胞个数。以氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)、二氧化硒(Selenium dioxide,SeO2)和五水合硫酸铜(Copper sulfate pentahydrate,CuSO4?5H2O)为原料,维生素C(Vitamin C,VC)为还原剂,通过绿色、简单的一步热合成法在 GO 上原位合成 Cu2-xSe 纳米颗粒,得到Cu2-xSe/rGO复合物。该复合物具有纳米酶性质,可协同催化H2O2产生羟基自由基,氧化 3,3,5,5-四甲基联苯胺(3,3,5,5-tetramethylbenzidine,TMB)显蓝色,在652 nm处出现特征吸收峰。该纳米酶被用于直接比色检测癌细胞个数,选择叶酸(Folic acid,FA)以靶向过度表达叶酸受体的癌细胞,Cu2-xSe/rGO与癌细胞的选择性结合将催化过程转化为定量比色信号,可以达到用肉眼区分63个癌细胞(MCF-7 细胞)的检测限。
2.Cu2-xSySe1-y NPs作为药物载体和光热试剂,用于化疗-光热协同治疗癌细胞。抗癌药物硼替佐米(Bortezomib,BTZ)和多巴胺(Dopamine,DA)在中性和碱性的条件下可以形成稳定的、共价结合的非活性结合物,但在酸性条件下分解释放出活性药物。Cu2-xSySe1-y NPs表面包被DA形成Cu2-xSySe1-y NPs与聚多巴胺的复合物(Cu2-xSySe1-y@pDA)。该复合物负载BTZ并与FA共价结合以识别作用靶向癌细胞,在癌组织的酸性条件下分解释放出游离的BTZ药物。Cu2-xSySe1-y@pDA在近红外二区激光照射下有良好的光热治疗效果,达到化疗和光热相结合的抗癌效果。
3.制备小尺寸的多功能硒化铜纳米探针并研究其光学性质与细胞毒性。本实验以VC为还原剂,二水合氯化铜(Copper chloride dihydrate,CuCl2?2H2O)和SeO2为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)为表面活性剂,在90℃下采用简单的一步水热法得到小粒径的发光Cu2-xSe纳米点。该Cu2-xSe纳米点在近红外区(Near infrared region,NIR)有良好的光热转换性能,具有量子点的荧光性质和过氧化物模拟酶活性,并且细胞毒性小,为下一步用作生物分析检测和和荧光成像实时分析介导的光热治疗奠定了基础。
综上所述,本文利用具有高载流子密度的硫属铜纳米晶的LSPR性质,实现了对癌细胞的比色检测与光热化疗协同治疗。并进一步合成了一种小尺寸、有近红外吸收和过氧化物模拟酶性质的发光硒化铜纳米探针,该探针有望用于癌细胞个数检测、光热治疗以及成像分析中。