基于功能碳纳米管和低剂量激光热疗的肿瘤靶向治疗方法和机理的研究

碳纳米管是由碳原子构成的纳米尺度的中空管状结构，具有吸收电磁波并将其转化为热能的特性，可使局部温度迅速升高从而杀伤细胞。将碳纳米管用于肿瘤的治疗是新的、具有潜力的研究方向。目前的研究仅限于有效性验证，缺乏针对临床应用的方法和机理的研究。本项目拟以乳腺癌为模型，使用可以特异识别癌细胞的抗体与碳纳米管偶联，增加碳纳米管与肿瘤细胞的特异性亲和力；优化激光剂量，使用较低的功率密度增强治疗的安全性、靶向性和患者的耐受性，通过这双重靶向作用使肿瘤的治疗更精准。研究内容还包括通过细胞和动物实验确定这一方法的有效性和最佳治疗方案，通过碳纳米管的特异性拉曼光谱研究其亚细胞定位及在动物肿瘤中的分布规律；通过热红外显微成像系统研究温度变化与疗效的关系；通过免疫组化研究凋亡、凋亡相关蛋白和热休克蛋白家族的表达规律，从而掌握功能化碳纳米管-低剂量激光热疗治疗乳腺癌的方法和机理，为肿瘤的靶向精确治疗提供新的选择。

碳纳米材料最大的优势在于其在近红外 (near-infared，NIR) 窗口具有强烈的吸收，光热转化效率高，并具有优良的载体功能和修饰性，能够同时作为一种光热疗 (photothermal therapeutic，PTT) 试剂、药物载体和成像制剂。在癌症的联合治疗中，以一种轻微热疗的方法 (将机体组织加热到约43 °C) 作为传统治疗方法的辅助手段 (化疗、光动力治疗、放疗等) 的联合治疗法逐渐引起重视，而碳纳米材料的独特性能使其在其中能够扮演重要角色。.本研究以纳米角为光热疗试剂，波长为808 nm的激光作为激发光源，合成了具有乳腺癌目标靶向性的功能化碳纳米材料，包括碳纳米角-四氧化三铁-脱氧胆酸修饰的羟丙基壳聚糖 (SWNHs-Fe3O4-CHS) 多功能纳米复合材料和碳纳米角-阿霉素-壳聚糖胶束(DOX-SWNHs/DCA-HPCHS) 纳米颗粒。SWNHs-Fe3O4-CHS 多功能纳米复合材料体外癌细胞的光热及磁共振成像实验结果表明光热可以显著促进细胞对SWNHs-Fe3O4-CHS纳米复合材料的摄取；以荷瘤小鼠为模型的动物实验显示SWNHs-Fe3O4-CHS不仅可以对荷瘤小鼠的肿瘤部位精确造影，并能利用复合物的光热作用对肿瘤有效杀伤，造影结果对肿瘤定位及治疗结果评估有积极意义。DOX-SWNHs/DCA-HPCHS纳米颗粒综合了SWNHs的热疗作用和DOX的化疗作用，细胞实验结果和活体实验结果表明，较低的功率密度激光作用下，DOX的化疗效果和SWNHs的光热作用协同增强。观察了不同温度和时间热作用下细胞热损伤的规律，并拟合Arrhenius方程，从而获得细胞热损伤的分子碰撞频率因子A和化学反应的活化能ΔE值。研究了细胞热损伤凋亡的规律，对碳纳米角-激光热疗中凋亡规律有初步的掌握。.我们首次发现轻微热疗的光热作用可以调控细胞对两种碳纳米材料的摄取，包括SWNHs-Fe3O4-CHS纳米复合材料的摄取增强了细胞的MRI成像效果，以及4T1细胞对DOX-SWNHs/DCA-HPCHS纳米颗粒的摄取显著增强了对细胞的杀伤力。研究证明了基于多功能碳纳米材料的光热促进联合治疗的模式具有极好的临床应用前景。