荧光纳米传感器在肿瘤细胞光热灭活中的应用基础研究

基于金纳米微粒的激光高热疗法由于具有温和、非侵入性和毒副作用小等优点，近年来在肿瘤治疗领域引起了人们广泛的兴趣。光热疗法的关键是肿瘤病灶区的精确定位（靶向性问题）和肿瘤细胞的有效灭活。现代生物纳米技术基本可实现金纳米微粒的靶向定位，但在肿瘤细胞的光热灭活方面还存在一些问题，主要表现为治疗参数的混乱和对肿瘤细胞灭活机制的争议。从根本上讲肿瘤细胞的死亡是金纳米颗粒的高热所致，因此很有必要在光热灭活过程中实时检测细胞内的温度及高热所致pH值。本项目拟通过肝癌细胞同时吞噬金纳米棒和荧光纳米传感器，然后利用单细胞成像和纳米传感器的标定曲线来探测细胞内的温度（pH值）。通过研究金纳米棒的给药剂量、激光辐照功率及时间与胞内温度（细胞活性）的关系，优化光热治疗参数，并作用于其他肿瘤细胞系验证其效用性。该研究对于在分子水平上认识肿瘤细胞的光热灭活机制，促进肿瘤激光高热疗法的标准化及临床实践具有重要意义。

本课题分别采用再沉淀-包覆法和分步生长法制备了基于稀土Eu配合物（Eu-DT）和过渡金属Ru配合物（Ru(bpy)32+）的两类生物兼容性良好的荧光温度纳米传感器。首先对它们的形貌、大小、表面基团以及细胞毒性等进行了表征，发现它们可以有效地被活细胞吞噬而进入细胞内。研究了所制备纳米传感器的荧光温敏性能，发现它们的荧光强度随着温度升高而降低，表现出良好的温敏性能。分别绘制了对应的荧光温度标定曲线，发现荧光强度的衰减与温度成线性关系。采用种子生长法制备了LSPR吸收峰位于808 nm的金纳米棒，并对其进行了生物功能化，以实现被细胞有效吞噬。在随后的光热灭活肿瘤细胞的实验中，肿瘤细胞同时吞噬生物功能化的金纳米棒和荧光纳米传感器。在近红外光辐照的同时，利用温度纳米传感器的荧光成像实现了对光热过程中细胞内温度的实时监测，获得了一系列激光光热治疗肿瘤的参数。.其次，利用多聚赖氨酸（PLL）辅助的自组装方法制备了生物兼容性良好的比率荧光氧气纳米传感器，通过比率荧光强度有效提高了对溶氧量检测的准确性。由于表面覆盖了PLL壳层，纳米粒子易于被细胞吞噬。随后基于纳米颗粒的表面氨基与TPP基团的偶联，实现了氧气纳米传感器对细胞线粒体的靶向定位。在其它具有不同表面性质氧气纳米传感器的辅助下（即细胞间和细胞内的氧气纳米传感器），实现了细胞内溶氧浓度梯度的初步荧光检测，以及对细胞呼吸功能的监测。.最后，制备了聚亚安酯（PU）与二氧化硅（SiO2）杂化的传感薄膜，并利用SiO2网络束缚住带正电的Ru(bpy)32+探针分子。基于其荧光强度受水猝灭的特点，实现了传感薄膜对有机溶剂（丙酮和四氢呋喃）中微量水的荧光检测。