近红外光响应多孔硅载金-酶纳米复合材料诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究

作     者：李淼 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐力

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：癌症 纳米复合材料 低温光热转化效应 饥饿疗法 氧化损伤 

摘      要：癌症是目前全球主要的死因之一,也是延长人类寿命的重要阻碍。当前癌症治疗主要运用化疗,放疗和手术切除等传统治疗方法,其常常伴随着较大的副作用和毒性,如恶心,脱发,出现此类身体不适的症状,严重影响患者的生活质量。手术切除,仍可能出现局部复发或转移,特别是对于一些晚期癌症患者,手术切除可能无法完全根治肿瘤。面对以上问题,人们正在积极探索新的癌症治疗方法,包括基因治疗、免疫治疗、光热治疗等,以期能够更有效地杀伤肿瘤细胞,并减少副作用,提高癌症患者的生存质量。 随着纳米科技领域研究的不断深入,由于纳米材料通常具备优秀的尺寸效应和表面效应,从而表现出独特的理化性质,已经在癌症治疗方面表现出潜在的应用前景。与单一材料相比,复合纳米材料通常能够将多种材料的特性融合在一起,从而实现多功能的效果,目前已成为该领域的研究热点之一。 基于以上背景,本研究旨在开发一种新型的多功能纳米复合材料,可以实现多模式的肿瘤细胞杀伤策略,从而获得更好的癌症治疗效果。具体而言,本论文通过原位合成的方法,成功实现了多孔硅盘（DPS）上金纳米粒子的密集负载,得到了Au-DPS纳米材料,同时利用其剩余孔隙装载葡萄糖氧化酶（GOx）,从而合成Au-DPS@GOx纳米复合材料。该纳米复合材料中Au NPs具有良好的光热性能和类过氧化物酶活性,同时负载的GOx可以催化葡萄糖的氧化,通过饥饿疗法和局部低温光热疗法来杀伤肿瘤细胞,同时破坏肿瘤细胞内的氧化还原平衡造成氧化损伤,从而实现多模式杀伤肿瘤细胞并增强治疗效果。 本研究的主要内容如下:（1）成功制备了Au-DPS和Au-DPS@GOx纳米复合材料,纳米复合材料上Au NPs的表现出良好的类过氧化物酶活性,可以催化过氧化氢产生活性氧（ROS）,造成肿瘤细胞的氧化损伤;（2）Au-DPS表现出显著的光热转化能力,此外,GOx的装载并不会显著影响Au-DPS光热转化效率;在808 nm近红外照射后,该纳米材料可以使温度上升到42-45℃之间,发挥低温光热转化效应来杀死肿瘤细胞;（3）Au-DPS@GOx中的GOx通过消耗葡萄糖,导致三磷酸腺苷供应受限,因此使得GOx介导的肿瘤细胞饥饿可以直接抑制肿瘤生长;（4）联合激光照射的条件下,Au-DPS@GOx可以使肿瘤细胞内ROS水平上升并造成氧化损伤,引起线粒体外膜电位下降和Ca2+的内流,流式细胞术和Caspase酶活性的测定结果表明该纳米复合材料可以显著诱导肿瘤细胞的凋亡。 综上所述,本研究设计并构建的多功能纳米复合材料表现出显著的抗肿瘤作用,可以实现多模式的癌症治疗效果,为纳米材料在生物医学工程的进一步应用中提供了新的思路。