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本论文尝试构建一种以超顺磁性四氧化三铁纳米粒为载体的多功能双靶向给药系统,通过体内(In vivo)、体外(In vitro)实验验证其细胞毒性及对肝癌HepG2细胞的内外双重调控,并初步探究了由多功能纳米药物诱导肝癌HepG2细胞胀亡的分子机制。
首先,本论文采用化学共沉淀法合成油酸包裹的四氧化三铁纳米粒(Fe3O4-OA),X射线衍射显示四氧化三铁纳米粒合成成功;傅里叶转换红外线光谱分析仪、X射线光电子能谱仪结果均表明油酸分子已通过共价键结合到四氧化三铁纳米粒表面,证明改性成功;马尔文激光粒度分析仪测得其平均粒径为13.5nm,分散均匀、稳定;透射电镜观察纳米粒处于单分散状态;磁性测量系统检测结果显示其最大磁饱和强度为60 emu/g,且具有良好的超顺磁性。采用微乳液聚合法合成水凝胶(NIPA-AA),透射电镜结果显示分散均匀稳定,可控温紫外-可见分光光谱仪测试其最低临界溶解温度LCST为38.7℃。通过光化学固定法将水凝胶固定于四氧化三铁纳米粒表面形成磁性水凝胶载体(Fe3O4-OA/NIPA-AA),傅里叶转换红外线光谱分析仪、X射线光电子能谱仪检测结果均显示接枝成功,释放动力学测试证明其对阿霉素的最大装载效率为50.16%,在41℃的最大释放效率为51.39%。同时,用光化学固定法将抗肿瘤药物肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis factor-α,TNF-α)、干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)、叶酸(Folicacid,FOL)接枝到磁性水凝胶表面,并吸附装载阿霉素(Doxorubicin,DOX),构建成多功能肿瘤靶向纳米递药系统(Fe3O4-OA/NIPA-AA/TNF-α/IFN-γ/FOL/DOX),傅里叶转换红外线光谱分析仪、X射线光电子能谱仪检测结果均显示接枝成功。
通过药物筛选证明,与游离药物相比,吸附了阿霉素的多功能纳米药物对肝癌HepG2细胞的抑制率最高,最适宜剂量为40ng/well(以吸附阿霉素量计算),且对人肝星形状HSC细胞毒副作用较小;流式细胞仪检测经药物作用24h后细胞周期阻滞情况,结果显示多功能纳米药物能够更显著地将肝癌HepG2细胞阻滞与G0/G1期;AnnexinV-PI双染实验证明经多功能纳米作用后,有94.7%的细胞呈现晚期凋亡或细胞坏死;裸鼠体内实验亦证明多功能纳米药物对正常组织的毒副作用较小,和对照组相比,多功能纳米药物组肿瘤的体积明显下降,裸鼠存活天数显著延长(P<0.01)。
光学显微镜下观察药物作用后肝癌HepG2细胞体积明显增大,细胞核亦发生肿胀,胞膜起泡;PI/DAPI染色结果显示细胞内有明显红色荧光,说明经药物作用后细胞膜可能出现破损;细胞培养液中也检测到较高水平的乳酸脱氢酶(LDH);免疫印迹、免疫荧光、免疫组化结果均显示前细胞胀亡受体诱导膜损伤蛋白(Porimin)的具有较高的表达水平;检测细胞内活性氧的水平也发现细胞内出现较高水平的活性氧;胞浆内游离钙离子浓度显著上升,免疫印迹结果显示钙依赖的中性蛋白酶(Calpain)具有较高水平的表达。
综合本研究结果表明:多功能双靶向超顺磁性纳米药物(Fe3O4-OA/NIPA-AA/TNF-α/IFN-γ/FOL/DOX)具有良好的生物理化特性,体内体外实验均证明其能显著抑制肝癌HepG2细胞生长,且主要诱导肝癌HepG2细胞胀亡。