叶酸修饰聚多巴胺涂层的氧化铜纳米颗粒用于肿瘤协同治疗

作     者：邓凯夫 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱利民;彭文忠

授予年度：2023年

学科分类：1002[医学-临床医学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 100214[医学-肿瘤学] 10[医学] 0702[理学-物理学] 

主      题：氧化铜 聚多巴胺 纳米酶 协同治疗 

摘      要：癌症是大多数国家主要死亡原因之一,中国由于人口基数大成为了“癌症大国。目前传统的癌症治疗手段几乎都存在特异性差,副作用大的缺陷。随着纳米技术的推进,目前已经发现有些纳米结构具有与天然酶相似的催化特性。自从发现铁基材料具有过氧化物酶(POD)类酶活性,能和过氧化氢(HO)进行芬顿反应产生活性氧(ROS),许多金属离子如Cu也有POD类酶活性,可以产生ROS用于化动力治疗(CDT)。近期发现CuO纳米叶能利用其(111)晶面吸附葡萄糖并将其氧化成葡萄糖酸,这与葡萄糖氧化酶(GOD)类似的催化活性有望用于饥饿治疗(ST),并且CuO中的Cu能介导类芬顿反应,所以CuO纳米颗粒(NPs)具有POD和GOD双重类酶活性。CuO纳米酶是一种金属氧化物,其对正常细胞毒性也较大,所以修饰CuO提高其生物相容性并赋予其主动靶向和刺激响应释放的能力,又不影响其双酶活性是需要解决的问题。单一疗法治疗肿瘤往往是有局限性的,因此协同治疗方法备受关注。由于肿瘤细胞本身就比正常细胞不耐热的特点,光热治疗(PTT)也成为了能特异性治疗肿瘤的热门手段。热休克蛋白抑制了升温效果造成PTT治疗效果不佳,但将ST、PTT和CDT协同,由于消耗葡萄糖,ATP合成量减少,从而减少了热休克蛋白表达,提高了PTT效果,ST产生了葡萄糖酸降低了肿瘤微环境(TME)中的pH,能提高类芬顿反应速率,增强CDT治疗效果,而PTT手段造成的温度升高无疑能促进类芬顿反应和葡萄糖氧化的速率,三种手段协同能起到协同治疗肿瘤的效果。聚多巴胺(PDA)是一种生物相容性良好的光热转换剂,将其修饰在基底材料表面不仅能降低其对正常细胞的毒害作用,又能作为光热剂用于PTT。基于以上考虑,我们制备了一种有叶酸(FA)修饰PDA涂层的氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)。所制备的CuO NPs体积小,表面积大,有高效的POD和GOD双酶活性,能用于CDT和ST。采用盐酸多巴胺在CuO NPs表面自氧化聚合形成PDA涂层,赋予CuO在酸性条件下响应释放的能力,提高生物相容性,并且其良好的光热性能又能用于PTT。最后外层修饰了FA基团赋予材料主动靶向能力。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、纳米粒径电势分析仪、X射线光电子能谱仪(XPS)对合成的纳米颗粒的形貌和性质进行了表征。结果表明,制备出粒径约为190 nm的CuO@PDA-FA NPs。材料降解亚甲基蓝(MB)的实验和氧化葡萄糖实验证实该材料具备POD类酶活性和GOD类酶活性,相同摩尔比的葡萄糖和氧化铜反应时葡萄糖酸产率达到60.6%,45℃下葡萄糖酸产率上升到82.6%。光热转换实验证实该材料具有良好的光热效应和光热稳定性,光热转换率为17.58%。细胞毒性实验、细胞摄取实验和ROS生成实验结果表明,CuO@PDA-FA NPs能主动靶向肿瘤细胞,并且通过光热治疗(PTT)/化学动力学治疗(CDT)/饥饿治疗(ST)协同治疗杀伤肿瘤细胞,协同治疗的细胞凋亡率达到59.9%。这种多基团修饰的纳米酶在靶向、协同治疗肿瘤中具有潜在的应用价值。