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卵巢癌是最常见的妇科恶性肿瘤之一,目前传统的根治性手术联合辅助性化疗是卵巢癌最基本的治疗方法,然而,手术联合化疗难以根治肿瘤,患者复发及耐药的发生率高,导致卵巢癌患者预后差,死亡率高。随着越来越多的基因靶点被证实与卵巢癌的发生发展有关,基因治疗在卵巢癌的临床前实验研究亦取得了较大进展。最有效的转染方法是病毒转染,其转染效率高,但存在病毒基因整合到宿主细胞基因组的风险,而其他非病毒转染方法虽然避免了这个风险,但转染效率往往很低。超声靶向微泡破坏技术是一种无创、安全、高效的基因递送技术,超声联合微泡产生的空化效应可提高血管壁和细胞膜的通透性,从而提高基因的递送效率,但传统的微泡由于基因装载率较低,单纯使用微泡转染效率欠佳。磁性介孔二氧化硅是一种无毒、可降解的纳米粒子,其表面分布大量可装载基因的孔洞,具有高基因装载率的优点。本研究拟合成载miR-34a的磁性介孔二氧化硅,将其装载在微泡内部,合成一种声磁响应的新型非病毒基因载体,探究联合超声和磁场的作用下,载介孔二氧化硅微泡介导miR-34a治疗卵巢癌的疗效,为肿瘤的基因治疗提供一种新方法。
第一部分载介孔二氧化硅微泡的制备和表征
目的:选用介孔二氧化硅和磷脂为材料,制备一种具有高基因装载率和基因保护作用的声响应基因载体(载介孔二氧化硅的微泡),并对其进行表征验证。
方法:在高脱水环境下将基因装载在磁性介孔二氧化硅纳米粒(M-MSN-miR-34a)的孔洞中,随后其表面用聚乙烯亚胺(PEI)进行修饰,利用Nanodrop2000检测基因装载量,并通过凝胶电泳实验验证其基因保护作用,通过薄膜水化法和机械振荡法制备装载M-MSN的脂质微泡(M-MSN-miR-34a-PEI@MB)。通过FITC标记和共聚焦显微镜验证M-MSN-miR-34a-PEI@MB的成功制备,通过马尔文激光粒度仪检测器粒径分布和表面电位,通过透射电镜检测其表面形态特点。
结果:第一部分成功制备PEI修饰的载基因磁性介孔二氧化硅纳米粒,并通过凝胶阻滞实验验证了其具有较好的基因保护能力,能够有效保护基因不被酶降解;通过检测装载前后溶液中基因的量,验证了M-MSN纳米粒的基因装载率可达(32.25±1.23)μg/mg;通过共聚焦显微镜观察到FITC标记的M-MSN成功包裹在微泡的内部;马尔文激光粒度仪检测结果显示M-MSN-miR-34a-PEI@MB的平均粒径为(1120±345)nm,表面电位约为+31.47mv。
结论:该部分成功制备了装载介孔二氧化硅的微泡,并对其进行了表征验证,证明其具有稳定的粒径和较高的基因装载量,在基因递送中具有一定的应用潜力。
第二部分声磁联合载介孔二氧化硅微泡介导miRNA杀伤卵巢癌的体外研究
目的:探究超声联合M-MSN-miR-34a-PEI@MB对介导基因在卵巢癌细胞递送的体外研究。
方法:通过观察EP管中的M-MSN-miR-34a-PEI@MB在磁场中的状态验证其磁响应性能;通过CCK-8试验验证M-MSN-miR-34a-PEI@MB的细胞毒性作用;随后通过共聚焦显微镜观察磁场作用下,超声辐照载介孔二氧化硅的微泡后,细胞对介孔二氧化硅的吞噬作用;通过超声诊断仪验证M-MSN-miR-34a-PEI@MB的体外成像性能;随后验证在超声和磁场作用下,M-MSN-miR-34a-PEI@MB介导miR-34a在卵巢癌SKOV3细胞中的转染能力,通过荧光显微镜观察转然后卵巢癌细胞中的表达情况,通过流式细胞术和Q-PCR进行定量分析;通过CCK-8试验检测miR-34a转染后卵巢癌细胞的存活率。
结果:结果显示EP管中M-MSN-miR-34a-PEI@MB均被磁铁吸附到管壁一侧,表明其具有较好的磁响应特性;CCK-8试验结果显示随着M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒浓度升高,其对细胞的毒性作用也随之增大,但将M-MSN-miR-34a-PEI包裹在微泡内部,可显著降低其细胞毒性;共聚焦显微镜观察结果显示,磁场下超声辐照M-MSN-miR-34a-PEI@MB后,细胞对M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒的吞噬能力显著高于单纯M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒组;体外成像结果显示,M-MSN-miR-34a-PEI@MB具有良好的体外成像效果;荧光显微镜下可观察到磁场下,超声联合载介孔二氧化硅的微泡组绿色荧光的表达显著高于其他组,进一步的流式细胞术结果和Q-PCR的结果均显示磁场下,超声联合载介孔二氧化硅的微泡组的转染率最高;CCK-8试验结果显示超声联合载介孔二氧化硅介导miR-34a递送可增加卵巢癌细胞的杀伤效果。
结论:M-MSN-miR-34a-PEI@MB具有良好的声磁响应特性,在超声辐照下可发生振动和破裂,产生空化效应,并释放M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒。在磁场吸附和空化效应的作用下,可促进细胞对M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒的胞吞作用,提高基因在肿瘤细胞中的转染率,从而增强基因治疗杀伤卵巢癌细胞的效果。
第三部分声磁联合载介孔二氧化硅微泡介导基因体内递送的研究
目的:对声磁联合载介孔二氧化硅的微泡介导基因体内递送的效能评价。
方法:通过超声诊断仪对载介孔二氧化硅的微泡的体内成像能力进行验证;使用小动物发光成像仪观察转染后荧光在裸鼠体内的表达效果来验证超声联合载介孔二氧化硅的微泡在裸鼠卵巢癌移植瘤中的基因递送能力,并通过HE染色对声磁联合载介孔二氧化硅的微泡介导基因递送的体内生物安全性进行了验证。
结果:超声造影成像结果显示,载介孔二氧化硅的微泡在体内具有良好的成像能力,持续10min后仍有一定的成像效果;体内实验结果显示超声联合载介孔二氧化硅的微泡可提高基因在裸鼠肿瘤内的递送效率;HE染色结果显示超声联合载介孔二氧化硅的微泡的基因递送方法在生物体内具有较好的生物安全性。
结论:超声联合载介孔二氧化硅的微泡可产生空化效应,增加细胞对载基因纳米粒的吞噬能力,提高基因在肿瘤组织内的递送效率,具有较好的基因递送能力,在基因治疗中具有一定的应用潜力。
第一部分载介孔二氧化硅微泡的制备和表征
目的:选用介孔二氧化硅和磷脂为材料,制备一种具有高基因装载率和基因保护作用的声响应基因载体(载介孔二氧化硅的微泡),并对其进行表征验证。
方法:在高脱水环境下将基因装载在磁性介孔二氧化硅纳米粒(M-MSN-miR-34a)的孔洞中,随后其表面用聚乙烯亚胺(PEI)进行修饰,利用Nanodrop2000检测基因装载量,并通过凝胶电泳实验验证其基因保护作用,通过薄膜水化法和机械振荡法制备装载M-MSN的脂质微泡(M-MSN-miR-34a-PEI@MB)。通过FITC标记和共聚焦显微镜验证M-MSN-miR-34a-PEI@MB的成功制备,通过马尔文激光粒度仪检测器粒径分布和表面电位,通过透射电镜检测其表面形态特点。
结果:第一部分成功制备PEI修饰的载基因磁性介孔二氧化硅纳米粒,并通过凝胶阻滞实验验证了其具有较好的基因保护能力,能够有效保护基因不被酶降解;通过检测装载前后溶液中基因的量,验证了M-MSN纳米粒的基因装载率可达(32.25±1.23)μg/mg;通过共聚焦显微镜观察到FITC标记的M-MSN成功包裹在微泡的内部;马尔文激光粒度仪检测结果显示M-MSN-miR-34a-PEI@MB的平均粒径为(1120±345)nm,表面电位约为+31.47mv。
结论:该部分成功制备了装载介孔二氧化硅的微泡,并对其进行了表征验证,证明其具有稳定的粒径和较高的基因装载量,在基因递送中具有一定的应用潜力。
第二部分声磁联合载介孔二氧化硅微泡介导miRNA杀伤卵巢癌的体外研究
目的:探究超声联合M-MSN-miR-34a-PEI@MB对介导基因在卵巢癌细胞递送的体外研究。
方法:通过观察EP管中的M-MSN-miR-34a-PEI@MB在磁场中的状态验证其磁响应性能;通过CCK-8试验验证M-MSN-miR-34a-PEI@MB的细胞毒性作用;随后通过共聚焦显微镜观察磁场作用下,超声辐照载介孔二氧化硅的微泡后,细胞对介孔二氧化硅的吞噬作用;通过超声诊断仪验证M-MSN-miR-34a-PEI@MB的体外成像性能;随后验证在超声和磁场作用下,M-MSN-miR-34a-PEI@MB介导miR-34a在卵巢癌SKOV3细胞中的转染能力,通过荧光显微镜观察转然后卵巢癌细胞中的表达情况,通过流式细胞术和Q-PCR进行定量分析;通过CCK-8试验检测miR-34a转染后卵巢癌细胞的存活率。
结果:结果显示EP管中M-MSN-miR-34a-PEI@MB均被磁铁吸附到管壁一侧,表明其具有较好的磁响应特性;CCK-8试验结果显示随着M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒浓度升高,其对细胞的毒性作用也随之增大,但将M-MSN-miR-34a-PEI包裹在微泡内部,可显著降低其细胞毒性;共聚焦显微镜观察结果显示,磁场下超声辐照M-MSN-miR-34a-PEI@MB后,细胞对M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒的吞噬能力显著高于单纯M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒组;体外成像结果显示,M-MSN-miR-34a-PEI@MB具有良好的体外成像效果;荧光显微镜下可观察到磁场下,超声联合载介孔二氧化硅的微泡组绿色荧光的表达显著高于其他组,进一步的流式细胞术结果和Q-PCR的结果均显示磁场下,超声联合载介孔二氧化硅的微泡组的转染率最高;CCK-8试验结果显示超声联合载介孔二氧化硅介导miR-34a递送可增加卵巢癌细胞的杀伤效果。
结论:M-MSN-miR-34a-PEI@MB具有良好的声磁响应特性,在超声辐照下可发生振动和破裂,产生空化效应,并释放M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒。在磁场吸附和空化效应的作用下,可促进细胞对M-MSN-miR-34a-PEI纳米粒的胞吞作用,提高基因在肿瘤细胞中的转染率,从而增强基因治疗杀伤卵巢癌细胞的效果。
第三部分声磁联合载介孔二氧化硅微泡介导基因体内递送的研究
目的:对声磁联合载介孔二氧化硅的微泡介导基因体内递送的效能评价。
方法:通过超声诊断仪对载介孔二氧化硅的微泡的体内成像能力进行验证;使用小动物发光成像仪观察转染后荧光在裸鼠体内的表达效果来验证超声联合载介孔二氧化硅的微泡在裸鼠卵巢癌移植瘤中的基因递送能力,并通过HE染色对声磁联合载介孔二氧化硅的微泡介导基因递送的体内生物安全性进行了验证。
结果:超声造影成像结果显示,载介孔二氧化硅的微泡在体内具有良好的成像能力,持续10min后仍有一定的成像效果;体内实验结果显示超声联合载介孔二氧化硅的微泡可提高基因在裸鼠肿瘤内的递送效率;HE染色结果显示超声联合载介孔二氧化硅的微泡的基因递送方法在生物体内具有较好的生物安全性。
结论:超声联合载介孔二氧化硅的微泡可产生空化效应,增加细胞对载基因纳米粒的吞噬能力,提高基因在肿瘤组织内的递送效率,具有较好的基因递送能力,在基因治疗中具有一定的应用潜力。