铟卟啉纳米材料的可控自组装制备及其光动力治疗性能研究

铟卟啉纳米材料的可控自组装制备及其光动力治疗性能研究

摘要：

光动力治疗(Photodynamic Therapy,PDT)具有微创低毒,不会使癌细胞产生耐药性,可重复治疗等优势,是一种处于快速发展中的肿瘤治疗新方法.光动力治疗过程中光敏剂被特定波长的光源激发,发生单线态-三线态隙间窜跃,通过能量或电荷转移生成活性氧物质,尤其是单线态氧,引起肿瘤细胞凋亡.目前,大部分报道的纳米光敏剂结构不明确,纳米结构内部分子排列方式与光动力性能之间关系的研究更是很少,这对于开发高效稳定的纳米光敏剂,进而提升光动力治疗效果至关重要.分子自组装技术可以用于可控构建结构明确的超分子基纳米材料,进而实现性能调控.卟啉及其衍生物具有良好的生物源性,平面刚性π共轭结构以及优良的光学活性,适合作为自下而上的组装基元制备纳米光敏剂.卟啉分子通过中心金属化和π-π堆积可以调控单线态-三线态的能级差,有望增强隙间窜跃,延长三线态激发态的寿命,从而提高单线态氧产率.

基于以上分析,本论文利用微乳辅助/介相转移自组装的方式可控制备一系列铟卟啉基纳米材料,研究铟卟啉与乳化剂之间的作用方式,探究纳米材料内部结构与单线态氧生成性能的关系,开发出了具有优良光动力性能的铟卟啉纳米棒.本论文的主要研究内容如下:1,可控制备一系列铟卟啉纳米材料,研究其内部堆积方式和光动力性能以及二者间的构效关系利用理论计算快速筛选出铟卟啉作为组装基元,采用微乳辅助/介相转移可控自组装的方法,通过改变乳化剂的种类,浓度等调节乳化剂与卟啉分子的相互作用,制备出纳米棒,纳米球,纳米片以及纳米颗粒等具有不同形貌尺寸的纳米组装体.研究表明,在阳离子乳化剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)条件下,组装体尺寸随着乳化剂浓度增大而减小,由长线逐渐变为短棒,组装体内部卟啉分子为有序堆积方式;在阴离子乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)条件下,组装体尺寸几乎不随乳化剂浓度而改变,此时SDS的阴离子端倾向于取代中心金属配位的Cl,形成无序堆积的球形组装体;两亲性乳化剂磷脂聚-乙二醇-羧基(DSPE-PEG-COOH)和磷脂-聚乙二醇-羧基钠(DSPE-PEG-COONa)则分别形成纳米片和纳米颗粒.在635 nm激光照射下,铟卟啉分子有序堆积的纳米棒生成单线态氧性能最好,纳米颗粒次之,然后是纳米球,而纳米片几乎没有光动力性能.对四苯基铟卟啉的单晶结构解析和理论计算表明,纳米棒中铟卟啉分子为单斜晶系,分子沿b-c面J型堆积,这种堆积方式使得能量沿分子与分子之间传递,相较于铟卟啉单分子隙间窜越加快,使得其表现出优良的单线态氧产生能力.2,细胞穿膜肽(TAT)修饰铟卟啉纳米棒用于光动力治疗选择单线态氧性能最好的铟卟啉纳米棒开展细胞/活体*肿瘤研究.使用DSPE-PEG-NHS修饰纳米棒,并通过化学键连接细胞穿膜肽(TAT)制备TAT-In TPP纳米棒.细胞实验表明,TAT-In TPP纳米棒能在细胞质内富集,在635 nm激光照射下(0.1W/cm2,5 min)能有效产生活性氧,并诱导细胞凋亡(IC50=7.5μg/m L).动物实验表明,经过单次治疗,TAT-In TPP纳米棒能有效消除肿瘤,表现出优良的*肿瘤性能.组织切片,血液生化,血常规分析表明,TAT-In TPP对裸鼠没有明显的毒副作用.

本论文筛选出的TAT-In TPP纳米棒具有良好的水分散性和生物兼容性,通过引入重原子和分子间π-π堆积,加快了隙间窜越,是一种光动力性能优良的纳米材料,在纳米诊疗体系具有潜在应用.

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