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《河南大学》 2016年
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基于氨基酸修饰的量子点纳米药物载体凋亡活性研究

曾二造  
【摘要】:癌症的诊断与治疗是目前医学工作者研究的热点之一,除了传统的方法之外,生物纳米材料已经被广泛用于癌症的研究之中。量子点,作为一类新型的半导体纳米材料,因其具有独特的光学性能,譬如荧光寿命长、荧光强度高并且光稳定性及抗漂白能力强等,而被广泛应用于细胞成像、靶向载药及疾病诊断等领域。但是,量子点自身也存在毒性大、水溶性不好、靶向性差等缺点。所以,对量子点表面进行修饰、改造并将其应用于纳米载药等方面仍是目前的一个研究方向。氨基酸,是一类含有羧基和氨基的有机小分子,它不仅是生物体内必不可少的组成成份,而且与人类健康息息相关。氨基酸分子中同时含有氨基和羧基,可以直接用于纳米材料的合成与修饰,也可以通过酰基化反应和其他生物分子或者药物相连接。多胺分子是一类含有多个氮原子的化合物,多胺分子中的氨基带正电荷,能够通过正、负电荷相吸的方法结合小分子干扰RNA、透明质酸等,从而实现药物的吸附与传递。除此之外,由于癌细胞对多胺分子具有较多的需求量,并且其表面含有多胺识别通道,所以,利用多胺分子及其衍生物可以实现药物的靶向运输。本文主要是结合量子点在荧光成像、药物追踪等方面的优势以及氨基酸、多胺易于对纳米材料修饰等,研究了修饰后的量子点在药物吸收方面的应用,主要开展了以下两方面的工作:首先,我们制备了精氨酸-萘酰亚胺(L-Arg-NI)和赖氨酸-萘酰亚胺(L-Lys-NI)的衍生物,并且对三种量子点(CdSe、CdSe/CdS、CdSe/ZnS)进行修饰,得到了新型的、具有多功能的量子点(L-Arg-NI@QDs和(L-Lys-NI@QDs),修饰后的量子点具有较小的尺寸和较好的光学性能。然后,将其作用于三种细胞(HepG2,QSG-7701和HeLa细胞),通过MTT的方法检测了它们的生物活性,实验结果表明,这些量子点在癌细胞中具有比安萘菲特更高的细胞抑制率,且对正常细胞的毒性较小。我们利用膜联蛋白V-FITC、Hoechst33342染色实验,以及检测线粒体膜电位(MMP)和活性氧(ROS)含量变化,证实了修饰后的量子点主要是由于诱导细胞凋亡而导致其细胞抑制率较高的,原因可能是L-Arg和L-Lys带有较多的正电荷,可以使修饰后的量子点大量进入细胞。实验结果表明,L-Arg-NI@CdSe/ZnS量子点聚集在癌细胞中的量比在正常细胞中要多,这可能是L-Arg增强药物对细胞的渗透能力产生的结果。与量子点作用后,癌细胞中ROS水平的升高也说明量子点可以通过产生ROS诱导细胞发生凋亡。第二部分我们以半胱氨酸为中介,结合多胺的化学性质,首先合成氨基酸-多胺的衍生物,同样对三种量子点(CdSe、CdSe/CdS、CdSe/ZnS)进行修饰,得到了氨基酸-小分子多胺衍生物修饰的量子点,并进行了荧光光谱、紫外吸收、红外光谱及TEM表征,发现氨基酸-多胺衍生物较好地修饰在了量子点的表面,修饰后的量子点有部分红移现象,并且荧光强度稍有减弱。除此之外,合成的量子点尺寸分布均匀(5nm左右),且具有比较好的水溶性,通过激光共聚焦荧光显微镜检测,发现量子点能够进入癌细胞,并且主要分布在细胞质基质中。MTT细胞毒性实验检测发现,修饰后的量子点毒性较小,然后将其用于载10-羟基喜树碱,实验结果发现,载药物后,载药体系的抗肿瘤效果明显增强,接着利用激光共聚焦及流式细胞仪等仪器,进行了细胞核染色、细胞吸收、线粒体膜电位变化及活性氧含量检测等系列实验,发现载药系统可以较好地进入细胞,并通过凋亡的途径诱导细胞死亡。本研究不仅得到了具有较好性能的量子点,同时为构建新型的载药系统提供了重要的参考价值。
【关键词】:量子点 药物载体 氨基酸 细胞凋亡 荧光探针
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:R943;TB383.1
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-8
  • 英文缩略词表8-12
  • 第一章 引言12-30
  • 1.1 量子点的基本概述12-15
  • 1.1.1 量子点独特的光学性质13
  • 1.1.2 量子点较大的斯托克位移13-14
  • 1.1.3 量子点的荧光寿命长14
  • 1.1.4 量子点较好的生物兼容性14-15
  • 1.2 量子点的表面修饰15-17
  • 1.2.1 链交换法15-16
  • 1.2.2 表面硅烷化法16
  • 1.2.3 聚合物包覆法16-17
  • 1.3 量子点的生物应用17-20
  • 1.3.1 生物传感18
  • 1.3.2 基因与药物传递18-19
  • 1.3.3 生物治疗19-20
  • 1.3.4 生物标记与成像20
  • 1.4 多胺与纳米材料研究进展20-23
  • 1.4.1 多胺及其在生物体内的作用20-21
  • 1.4.2 多胺与纳米材料21-22
  • 1.4.3 氨基酸的研究进展22-23
  • 1.5 本课题的提出23-24
  • 参考文献24-30
  • 第二章 氨基酸-萘酰亚胺衍生物修饰的量子点的合成及生物活性研究30-48
  • 2.1 前言30-31
  • 2.2 实验部分31-35
  • 2.2.1 主要试剂31
  • 2.2.2 主要仪器31
  • 2.2.3 氨基酸-萘酰亚胺衍生物的合成31-32
  • 2.2.4 量子点的合成32
  • 2.2.5 水溶性氨基酸-萘酰亚胺修饰的量子点的合成32-33
  • 2.2.6 细胞培养33
  • 2.2.7 细胞活性检测33
  • 2.2.8 细胞对量子点吸收情况的检测33
  • 2.2.9 细胞凋亡的研究33
  • 2.2.10 早期凋亡研究33-34
  • 2.2.11 细胞周期测定34
  • 2.2.12 线粒体膜电位(MMP)检测34
  • 2.2.13 细胞内活性氧检测34-35
  • 2.3 结果与讨论35-43
  • 2.3.1 氨基酸-萘酰亚胺衍生物修饰的量子点的合成与表征35-36
  • 2.3.2 细胞的吸收情况36-37
  • 2.3.3 细胞毒性实验37-38
  • 2.3.4 氨基酸-萘酰亚胺修饰的量子点对细胞凋亡的研究38-40
  • 2.3.5 量子点作用后细胞周期的测定40-41
  • 2.3.6 线粒体膜电位检测41-42
  • 2.3.7 活性氧含量检测42-43
  • 2.4 本章总结43-44
  • 参考文献44-48
  • 第三章 多胺衍生物修饰的量子点的合成及其在载药研究48-66
  • 3.1 前言48-49
  • 3.2 实验部分49-54
  • 3.2.1 实验试剂及仪器49
  • 3.2.2 合成路线及合成方法49-54
  • 3.2.3 细胞培养54
  • 3.2.4 细胞毒性实验54
  • 3.2.5 细胞吸收实验54
  • 3.2.6 细胞凋亡研究54
  • 3.2.7 细胞早期凋亡研究54
  • 3.2.8 线粒体膜电位检测54
  • 3.2.9 细胞内活性氧含量检测54
  • 3.3 结果与讨论54-62
  • 3.3.1 水溶性氨基酸衍生物修饰的量子点的合成54-57
  • 3.3.2 细胞毒性实验57-58
  • 3.3.3 细胞吸收实验58-59
  • 3.3.4 细胞凋亡研究59
  • 3.3.5 细胞早期凋亡59-60
  • 3.3.6 线粒体膜电位检测60-61
  • 3.3.7 细胞内活性氧的检测61-62
  • 3.4 本章总结62-63
  • 参考文献63-66
  • 附录66-70
  • 攻读硕士学位期间的研究成果70-72
  • 致谢72-73

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