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高分子纳米复合造影材料研究

林英  
【摘要】:纳米医疗技术经历了几十年的发展,取得了巨大的研究进展,诸如胶束和复合纳米微球等纳米粒子在临床中获得了应用。目前,高分子-无机复合纳米微球由于兼有高分子微球和无机材料两者的优势而备受关注。其中,尤其是由可塑及生物相容性的高分子与拥有特殊光、磁和电学性质的无机物组成的复合纳米微球,在疾病诊断和治疗中非常有用。然而,迄今为止绝大部分复合纳米微球的合成需要在复杂的过程中用到有机溶剂或者表面活性剂,这些试剂都有一定的毒性。另外,无机纳米粒子的光不稳定性和低的磁化驰豫率也限制了复合纳米微球的生物医学应用。因此,以性能优越的无机材料和良好生物相容性的高分子为主要材料的复合纳米微球成为本领域的研究热点之一,采用环境友好的水相制备法,排除高毒性的有机溶剂和表面活性剂是人们高度期望的。 本课题组过去提出了“不良溶剂辅助静电络合法”,通过静电作用制备稳定的聚电解质纳米微球。在本论文中,我们将这种方法扩展到高分子-无机复合纳米微球的自组装体系。我们以具有良好生物相容性的阳离子壳聚糖和阴离子乙二胺四乙酸(EDTA)为反离子对,包覆了不同功能的无机纳米材料,并制备出多种稳定的复合纳米微球。探索并展示了这些复合纳米微球在生物医药领域的应用潜力。详细工作如下: (1)利用乙醇辅助的相反电荷络合法在水溶液中成功合成了包覆CdSe/ZnS量子点的壳聚糖复合纳米微球(CS-QD)。CS-QD复合纳米微球不仅拥有壳聚糖基质球提供的能装填多个QDs的空间,还有所负载QDs的特殊荧光性质。而且,这些复合纳米微球在生理环境中具有良好的生物相容性与光学稳定性。CS-QD复合纳米微球的癌细胞摄入研究表明其可以用作光学显微镜下细胞成像标记试剂。另外,复合纳米微球能够用于瘤内注射的荷瘤小鼠肿瘤成像,并通过荧光成像发现尾静脉注射的复合微球经过血液循环在瘤内富集。因此,一方面壳聚糖微球提供了QDs的生物相容性并保证了其胶体和光学稳定性;另一方面量子点“点亮”了高分子微球,显示了高分子微球在细胞和活体内的踪迹。 (2)我们以高温热解法合成了超顺磁性水溶的铁酸锌(ZnFe2O4)纳米粒子。在这一合成中,四甘醇(TEG)作为配位和稳定试剂,赋予了纳米粒子水溶性和稳定性。通过XRD、TEM、EDS、XPS和FTIR表征了所得纳米粒子。随后,在不良溶剂辅助下由TEG稳定的ZnFe2O4纳米粒子、壳聚糖和EDTA自组装制备了壳聚糖-铁酸锌(CS-ZnFe2O4)复合纳米微球。微球中无机粒子的负载量是可控的,ZnFe2O4纳米粒子提供了复合纳米微球的超顺磁性,而且无机纳米粒子在微球核内的团簇效应和高的负载量,导致了复合纳米微球比单分散ZnFe2O4纳米粒子具有高得多的r2驰豫率值。此外,所得复合纳米微球具有良好的生物相容性和稳定性,有利于进一步的生物应用。 (3)对CS-ZnFe2O4复合纳米微球作为磁共振成像(MRI)T2造影剂的潜能进行了评估。同时,为了获得肿瘤靶向效果,将癌症特异性靶向试剂cRGD肽连接到复合纳米微球上获得了主动靶向的复合纳米微球(RGD-CS-ZnFe2O4)。CS-ZnFe2O4和RGD-CS-ZnFe2O4复合纳米微球的体内磁共振成像研究说明了它们卓越的T2增强造影能力,而且靶向复合纳米微球比非靶向复合纳米微球显示出更高的瘤内MRI敏感性。另外,体内分布分析表明CS-ZnFe2O4复合微球可通过高通透和滞留效应(EPR效应)富集在荷瘤小鼠的肿瘤部位,而表面连接了RGD的磁性复合纳米微球则通过主动靶向效应进一步提高了微球在肿瘤内的富集。因此,RGD-CS-ZnFe2O4复合纳米微球是一种高效的MRI T2造影探针。


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