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目的:
化疗至今在临床上仍是治疗癌症的最重要途径之一，但由于化疗药物在血流循环中弥散分布，难以在肿瘤部位富集，对正常组织器官具有较大毒性。而且还存在生物利用度低等的限制，其治疗效果往往受到了极大地影响。现今前沿研究对将生物材料应用于癌症诊疗越来越感兴趣，这在很大程度上是由于新型生物材料在药物递送、诊断、成像、合成疫苗开发以及某些生物材料本身的治疗性质具有独特的吸引力和优势。改善化疗弊端（例如，改善药物循环时间、分布和降低毒性）的、基于新型生物材料的药物载体目前已有成功的临床使用案例，并且一些其他基于新型生物材料的肿瘤治疗方法也在研发阶段或者不同临床试验阶段显示出巨大的前景预期。例如，一些基于生物材料的药物递送系统（脂质体、白蛋白纳米粒子和聚合物胶束等），已被批准用于肿瘤治疗;许多其他生物材料支持的治疗模式正在进行临床研究，包括热疗、放疗、基因或RNA干扰（RNAi）治疗、免疫治疗、以及多模式的联合疗法。
因此，本论文针对目前基于生物材料的药物载体以及它们在肿瘤治疗中的各类问题进行了多方面、多元化的研究，旨在推动这个领域的进一步发展，为未来的研究奠定基础。
方法
本论文的基本研究内容及方法包括三个部分，简述如下：
1.针对目前肿瘤治疗的局限性的三个问题：(1)缺乏主动靶向肿瘤的高效药物递送系统（实现肿瘤内部药物富集，减小毒副作用），(2)药物递送系统载药量偏低，以及(3)单一疗法难以取得显著疗效，本课题设计并合成了一种新型核酸适体(Apt)靶向修饰的、聚多巴胺(pD)功能化的、基于生物可降解的星形聚合物CA-(PCL-ran-PLA)的纳米粒子，用于高效负载、控释和递送多西紫杉醇(DTX)，并采用光热治疗和化疗结合的协同策略，进一步增强肿瘤治疗效果。
2.针对目前基于传统生物材料的药物递送系统在以下两个方面的限制：(1)功能单一、缺乏实时监测药物分布手段，以及(2)药物控制释放难以精确调控，本课题采用一种新颖的自上而下的方法，即通过热氧化蚀刻和液相剥离相结合的方法，制备了厚度可控的二维超薄硼(B)纳米片(NSs)作为药物载体系统，用于化疗药物阿霉素(Dox)的递送，并实现了多模式成像（光声、光热和荧光成像）监测引导的、近红外光激发和中等酸性（肿瘤部位pH）下的定点触发释药及高效抑瘤。
3.药物递送系统，尤其是基于新兴形式生物材料（比如二维纳米片）的药物传递系统，目前在细胞水平上的纳米-生物交互作用(Nano-Bio Interaction)机制的研究仍然处于起步阶段，而这一过程是药物载体实现其功能的最后一步、也是决定其疗效的关键步骤。针对目前该领域相对空白的研究现状，本课题选择二硫化钼(MoS2)纳米片作为具有代表性的二维材料载药系统，采用荧光共定位方法初步验证了其在肿瘤细胞中的内吞机制，并通过抑制胞吐途径诱导的损失，实现用低剂量Dox药物负载的二硫化钼纳米片进行高效和协同的肿瘤治疗策略。
结果：
第一部分研究：
在这部分研究中，本课题成功合成了一种用星形共聚物制备的，负载DTX药物的主动靶向肿瘤的Apt-pD-C A-(PCL-ran-P LA)纳米粒子，可作为靶向给药系统在乳腺癌细胞MCF-7中富集并进行光热和化疗结合的协同治疗。采用简便的多巴胺聚合法、用AS1411适体进行表面修饰，使其能够简单而有效地结合在纳米粒表面、并实现主动靶向给药。负载DTX的Apt-pD-CA-(PCL-ran-PLA)纳米粒子具有均一的表面形态、良好的载药量和包封率、稳定性、优异的光热性能和药物释放特性。这些纳米粒子在体外和体内的主动靶向效应也被研究显示了高效的靶向聚集效应。四甲基偶氮唑蓝(MTT)体外细胞毒性实验表明，负载DTX的Apt-pD-CA-(PCL-ran-PLA)纳米粒结合近红外激光照射（主动靶向的化疗-光热疗联合疗法），能显著抑制细胞增殖。在异种移植瘤模型上，有效减小实体瘤体积，提高小鼠生存时间以及减少副作用，进一步证实了这种靶向化学-光热疗法策略的显著疗效。体内研究的所有结果均与体外实验结果一致，表明本课题设计合成的载药Apt-pD-CA-(PCL-ran-PLA)纳米粒子能够有效克服上述研究内容1中的三个局限性，并在乳腺癌的的靶向给药和化疗-光热联合疗法上具有良好的应用前景。
第二部分研究：
在本部分研究中，本课题研发了一种自上而下制备高质量、高产率二维B NSs的新方法，并通过聚乙二醇(PEG)修饰合成高效负载Dox的药物载体。采用液相剥离和热氧化腐蚀相结合的方法，所制备的超薄硼纳米片的平均尺寸约为110nm、平均厚度约为3nm。在近红外光照射下，B-PEG NSs显示出了很强的近红外吸收特性和很好的光热作用，光热转换效率约高达42.5％。以Dox为模型药物，B-PEG NSs显示出了约114％（w/w％）的高效载药量和多重响应（酸性pH/近红外光）的药物可调控释放特性。与此同时，B-PEG NSs还显示出了多模式的成像（荧光成像、光声成像和光热成像）引导的肿瘤诊断治疗潜力。系统的体外和体内研究表明，负载Dox的B-PEG NSs具有高效的联合抗肿瘤功效。初步毒性研究还表明这些纳米片具有良好的生物相容性。因此，本课题自上而下合成的超薄B-PEG NSs能够有效克服上述研究内容2中的两个限制，广泛地扩展其在药物递送领域的潜在应用。
第三部分研究：
在本部分的研究中，MoS2纳米片作为代表性的二维纳米材料被系统地用于探索与新兴二维纳米材料相关的内吞/胞吐、细胞运输和纳米-细胞交互活动（即细胞内命运）的途径。发现纳米片通过三种途径内化：网格蛋白→晚期核内体→溶酶体、小窝→早期核内体→溶酶体和大胞饮→晚期核内体→溶酶体。研究中还观察到溶酶体中自噬介导的积累和纳米片胞吐诱导的外排，而抑制胞吐作用可以显著减少肿瘤细胞内纳米片的丢失。基于这些机制的研究，本课题提出了一种基于抗胞吐增强的、小剂量化疗-光热治疗相结合的三重联合疗法，并在体内和体外试验中都验证了这种策略的有效性，具备潜在的生物医学应用前景。本课题研究以二维纳米片载体系统为例，丰富了当前在细胞水平层面上的Nano-Bio Interaction机制的研究，加深了对此类载体系统在胞内命运的理解。
结论：基于生物材料的药物载体系统给肿瘤治疗领域带来了新的曙光，并有潜力解决目前肿瘤治疗中存在的毒副作用大、到达病灶部位药物浓度低、治疗效果差等多方面的缺陷。为推动基于生物材料的药物载体系统的进一步发展，加快其在临床上的潜在应用，本课题研究主要针对目前基于生物材料的药物载体以及它们在肿瘤治疗中的各类问题进行了多方面、多元化的探索，并获得了一些初步的结论，可供未来的研究开展提供一些参考，比如：(1)设计主动靶向肿瘤部位的药物载体（如修饰靶向核酸适体AS1411）、提高药物负载率（如使用星形聚合物构建纳米粒子）、采用联合疗法（如化疗-光热疗法相结合）的方式，能够有效增加抑瘤效果;(2)合成区别于传统生物材料的一些新型生物材料（如二维超薄硼纳米片），进行多模式成像（如光声、光热和荧光成像）监测引导的、多重响应（如利用近红外光和肿瘤部位pH等激发条件）下的定点触发精确调控释药，能够实现肿瘤的高效诊断治疗;(3)对药物载体系统在生物体内Nano-Bio Interactions机制的研究（如胞内命运等），能够加深药物载体在生物体内作用机制的了解，设计研发新型的肿瘤治疗策略（如本课题提出了一种基于抗胞吐增强的、小剂量化疗-光热治疗相结合的三重联合疗法）。
化疗至今在临床上仍是治疗癌症的最重要途径之一，但由于化疗药物在血流循环中弥散分布，难以在肿瘤部位富集，对正常组织器官具有较大毒性。而且还存在生物利用度低等的限制，其治疗效果往往受到了极大地影响。现今前沿研究对将生物材料应用于癌症诊疗越来越感兴趣，这在很大程度上是由于新型生物材料在药物递送、诊断、成像、合成疫苗开发以及某些生物材料本身的治疗性质具有独特的吸引力和优势。改善化疗弊端（例如，改善药物循环时间、分布和降低毒性）的、基于新型生物材料的药物载体目前已有成功的临床使用案例，并且一些其他基于新型生物材料的肿瘤治疗方法也在研发阶段或者不同临床试验阶段显示出巨大的前景预期。例如，一些基于生物材料的药物递送系统（脂质体、白蛋白纳米粒子和聚合物胶束等），已被批准用于肿瘤治疗;许多其他生物材料支持的治疗模式正在进行临床研究，包括热疗、放疗、基因或RNA干扰（RNAi）治疗、免疫治疗、以及多模式的联合疗法。
因此，本论文针对目前基于生物材料的药物载体以及它们在肿瘤治疗中的各类问题进行了多方面、多元化的研究，旨在推动这个领域的进一步发展，为未来的研究奠定基础。
方法
本论文的基本研究内容及方法包括三个部分，简述如下：
1.针对目前肿瘤治疗的局限性的三个问题：(1)缺乏主动靶向肿瘤的高效药物递送系统（实现肿瘤内部药物富集，减小毒副作用），(2)药物递送系统载药量偏低，以及(3)单一疗法难以取得显著疗效，本课题设计并合成了一种新型核酸适体(Apt)靶向修饰的、聚多巴胺(pD)功能化的、基于生物可降解的星形聚合物CA-(PCL-ran-PLA)的纳米粒子，用于高效负载、控释和递送多西紫杉醇(DTX)，并采用光热治疗和化疗结合的协同策略，进一步增强肿瘤治疗效果。
2.针对目前基于传统生物材料的药物递送系统在以下两个方面的限制：(1)功能单一、缺乏实时监测药物分布手段，以及(2)药物控制释放难以精确调控，本课题采用一种新颖的自上而下的方法，即通过热氧化蚀刻和液相剥离相结合的方法，制备了厚度可控的二维超薄硼(B)纳米片(NSs)作为药物载体系统，用于化疗药物阿霉素(Dox)的递送，并实现了多模式成像（光声、光热和荧光成像）监测引导的、近红外光激发和中等酸性（肿瘤部位pH）下的定点触发释药及高效抑瘤。
3.药物递送系统，尤其是基于新兴形式生物材料（比如二维纳米片）的药物传递系统，目前在细胞水平上的纳米-生物交互作用(Nano-Bio Interaction)机制的研究仍然处于起步阶段，而这一过程是药物载体实现其功能的最后一步、也是决定其疗效的关键步骤。针对目前该领域相对空白的研究现状，本课题选择二硫化钼(MoS2)纳米片作为具有代表性的二维材料载药系统，采用荧光共定位方法初步验证了其在肿瘤细胞中的内吞机制，并通过抑制胞吐途径诱导的损失，实现用低剂量Dox药物负载的二硫化钼纳米片进行高效和协同的肿瘤治疗策略。
结果：
第一部分研究：
在这部分研究中，本课题成功合成了一种用星形共聚物制备的，负载DTX药物的主动靶向肿瘤的Apt-pD-C A-(PCL-ran-P LA)纳米粒子，可作为靶向给药系统在乳腺癌细胞MCF-7中富集并进行光热和化疗结合的协同治疗。采用简便的多巴胺聚合法、用AS1411适体进行表面修饰，使其能够简单而有效地结合在纳米粒表面、并实现主动靶向给药。负载DTX的Apt-pD-CA-(PCL-ran-PLA)纳米粒子具有均一的表面形态、良好的载药量和包封率、稳定性、优异的光热性能和药物释放特性。这些纳米粒子在体外和体内的主动靶向效应也被研究显示了高效的靶向聚集效应。四甲基偶氮唑蓝(MTT)体外细胞毒性实验表明，负载DTX的Apt-pD-CA-(PCL-ran-PLA)纳米粒结合近红外激光照射（主动靶向的化疗-光热疗联合疗法），能显著抑制细胞增殖。在异种移植瘤模型上，有效减小实体瘤体积，提高小鼠生存时间以及减少副作用，进一步证实了这种靶向化学-光热疗法策略的显著疗效。体内研究的所有结果均与体外实验结果一致，表明本课题设计合成的载药Apt-pD-CA-(PCL-ran-PLA)纳米粒子能够有效克服上述研究内容1中的三个局限性，并在乳腺癌的的靶向给药和化疗-光热联合疗法上具有良好的应用前景。
第二部分研究：
在本部分研究中，本课题研发了一种自上而下制备高质量、高产率二维B NSs的新方法，并通过聚乙二醇(PEG)修饰合成高效负载Dox的药物载体。采用液相剥离和热氧化腐蚀相结合的方法，所制备的超薄硼纳米片的平均尺寸约为110nm、平均厚度约为3nm。在近红外光照射下，B-PEG NSs显示出了很强的近红外吸收特性和很好的光热作用，光热转换效率约高达42.5％。以Dox为模型药物，B-PEG NSs显示出了约114％（w/w％）的高效载药量和多重响应（酸性pH/近红外光）的药物可调控释放特性。与此同时，B-PEG NSs还显示出了多模式的成像（荧光成像、光声成像和光热成像）引导的肿瘤诊断治疗潜力。系统的体外和体内研究表明，负载Dox的B-PEG NSs具有高效的联合抗肿瘤功效。初步毒性研究还表明这些纳米片具有良好的生物相容性。因此，本课题自上而下合成的超薄B-PEG NSs能够有效克服上述研究内容2中的两个限制，广泛地扩展其在药物递送领域的潜在应用。
第三部分研究：
在本部分的研究中，MoS2纳米片作为代表性的二维纳米材料被系统地用于探索与新兴二维纳米材料相关的内吞/胞吐、细胞运输和纳米-细胞交互活动（即细胞内命运）的途径。发现纳米片通过三种途径内化：网格蛋白→晚期核内体→溶酶体、小窝→早期核内体→溶酶体和大胞饮→晚期核内体→溶酶体。研究中还观察到溶酶体中自噬介导的积累和纳米片胞吐诱导的外排，而抑制胞吐作用可以显著减少肿瘤细胞内纳米片的丢失。基于这些机制的研究，本课题提出了一种基于抗胞吐增强的、小剂量化疗-光热治疗相结合的三重联合疗法，并在体内和体外试验中都验证了这种策略的有效性，具备潜在的生物医学应用前景。本课题研究以二维纳米片载体系统为例，丰富了当前在细胞水平层面上的Nano-Bio Interaction机制的研究，加深了对此类载体系统在胞内命运的理解。
结论：基于生物材料的药物载体系统给肿瘤治疗领域带来了新的曙光，并有潜力解决目前肿瘤治疗中存在的毒副作用大、到达病灶部位药物浓度低、治疗效果差等多方面的缺陷。为推动基于生物材料的药物载体系统的进一步发展，加快其在临床上的潜在应用，本课题研究主要针对目前基于生物材料的药物载体以及它们在肿瘤治疗中的各类问题进行了多方面、多元化的探索，并获得了一些初步的结论，可供未来的研究开展提供一些参考，比如：(1)设计主动靶向肿瘤部位的药物载体（如修饰靶向核酸适体AS1411）、提高药物负载率（如使用星形聚合物构建纳米粒子）、采用联合疗法（如化疗-光热疗法相结合）的方式，能够有效增加抑瘤效果;(2)合成区别于传统生物材料的一些新型生物材料（如二维超薄硼纳米片），进行多模式成像（如光声、光热和荧光成像）监测引导的、多重响应（如利用近红外光和肿瘤部位pH等激发条件）下的定点触发精确调控释药，能够实现肿瘤的高效诊断治疗;(3)对药物载体系统在生物体内Nano-Bio Interactions机制的研究（如胞内命运等），能够加深药物载体在生物体内作用机制的了解，设计研发新型的肿瘤治疗策略（如本课题提出了一种基于抗胞吐增强的、小剂量化疗-光热治疗相结合的三重联合疗法）。