肿瘤原位人工生物磁铁协同纳米催化剂在癌症治疗中的应用

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第一部分:液固相变的生物磁铁的制备及其表征和载葡萄糖氧化酶的超顺磁性四氧化三铁的制备及其表征和体外催化性能
  目的:
  1.制备通过溶剂交换发生液固相变可充磁的生物磁铁(NdFeB/Fe3O4/PLGA(NFP)),并进行表征和基本性能检测。
  2制备超顺磁性的四氧化三铁并使其连接葡萄糖氧化酶(GOx),并对其进行表征和连锁催化性能的检测。
  3NFP生物磁铁和FPGs的细胞毒性实验,荧光共聚焦观察细胞内FPGs产生ROS的能力。
  方法:
  1.首先将用简单的方法制备NdFeB/Fe3O4/PLGA/NMP的溶液,并在体外验证其相变性能并对其外观、化学组成、充磁的性能、磁热的性能进行分析和记录。
  2.用热分解法制备粒径为15±5nm的四氧化三铁核心(Fe3O4),通过DSPE-PEG-NH2进行修饰并通过碳二亚胺法将GOx连接在其表面。通过透射电镜分布观察Fe3O4、Fe3O4-PEG-NH2、Fe3O4-PEG-GOx,并分别用马尔文粒径分析仪分析其粒径和电位。体外根据朗伯比尔定律测定Fe3O4-PEG-GOx的酶动力学,通过自旋电子共振(ESR)检测体外产羟基自由基(·OH)的情况。
  3.用CCK-8试剂盒分布测试在肿瘤微环境条件下FPNs、FPGs及单纯的NFP植入体的治疗效果。用2,7-二氯荧光黄双乙酸盐(DCFH-DA)探针分别检测在模拟肿瘤微环境条件下FPNs、FPGs产生·OH的能力。
  结果:
  1.首先制备的NdFeB/Fe3O4/PLGA/NMP的溶液可以通过溶剂交换的方式在PBS中发生液固相变变成固态的NdFeB/Fe3O4/PLGA。该固态植入体内部各成分分布均匀,能对交变磁场发生响应,75μl的NdFeB/Fe3O4/PLGA在交变磁场下3min可以升温至62度。充磁后拥有良好的磁铁性能。
  2.过热解法可以制备出大小分布均匀的Fe3O4的核心,通过DSPE-PEG-NH2(FPNs)之后在水中有很好地悬浮稳定性。通过碳二亚胺法连接GOx之后,Fe3O4-PEG-GOx(FPGs)在体外的模拟肿瘤微环境的条件下DMPO可以捕获到·OH的产生。Fe3O4-PEG-GOx纳米连锁催化酶的米氏常数(Km)为10.13mM,其酶促反应最大速度(VMAX)为5.24×10-8Ms-1。
  3.CCK-8细胞实验结果显示单纯的FPNs在肿瘤微环境条件下并未对4T1肿瘤细胞造成明显的杀伤,连接了GOx之后的FPGs在肿瘤弱酸性条件下有明显的随着材料浓度增加细胞存活率降低的趋势。DCFH-DA的共聚焦结果显示在弱酸性条件下,与FPGs共孵育的细胞能明显生成大量的·OH。
  结论:
  1.制备的NdFeB/Fe3O4/PLGA/NMP溶液能通过溶剂交换完成液固相变,转变成分布均匀有良好的磁热性能和磁铁性能的固态植入体。
  2.过热解法合成的Fe3O4核心大小分布均匀,改性后水溶性良好。与GOx连接后Fe3O4-PEG-GOx有很好地酶催化活性。
  3.在细胞层面连接GOx的FPGs有随着浓度增加细胞存活率降低的线性关系,其次在弱酸性条件(pH=6.5)下FPGs能产生·OH。NFP在细胞层面有良好的生物安全性
  第二部分:NFP-FPGs磁靶向治疗系统的生物安全性实验及在肿瘤治疗中的应用
  目的:验证NFP-FPGs联合的磁靶向系统在体内的生物安全性、体内分布及肿瘤治疗效果
  方法:首先选取正常的5周大小BALB/c雌性小鼠,分成不同的组处理观察,每2天测一次体重,30天时取血和活体组织做检测。选取荷瘤裸鼠通过活体荧光成像,观察不同处理之后的FPGs在体内的分布情况。选取荷瘤裸鼠用不同治疗方法处理,观察肿瘤大小变化,并去组织切片做回顾分析。
  结果:体内安全性评价的结果显示,30天之后正常的昆明鼠经过不同的处理之后体重未发现明显的下降,切片和血液的结果显示单独的FPGs和NFP及NFP-FPGs连用都不会对小鼠产生明显的毒性。活体荧光的结果显示已经植入NFP并且充磁之后的荷瘤裸鼠在2小时后会有FPGs在肿瘤区域明显聚集在24小时后未见明显消退。荷瘤裸鼠体内治疗实验的结果显示NFP磁热联合FPGs靶向连锁催化治疗的效果明显优于其他单独治疗的组。
  结论:NFP-FPGs在正常小鼠体内有较好的生物安全性,NFP在体内有良好的吸引FPGs达到指定区域的效果,同时在荷瘤老鼠身上有良好的治疗效果。
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