装载核酸适配体与硫化铋纳米粒子的石墨烯智能纳米载体的构建及其在光动力疗法选择性治疗肝癌中的应用

In this study, we will design a smart nanodelivery system with the capabilities to specifically target liver cancer cells and regulate singlet oxygen generation (SOG) via combination of photosensitizer-labeled nucleic acid aptamers with functionalized graphene oxide (GO). Based on the quenching ability, GO could efficiently quench SOG, thus minimizing the damage to healthy tissues during the blood circulation. The binding between the aptamers and liver cancer cells will disturb the interaction between aptamer and GO, and cause aptamers to fall off the GO surface, resulting in the restoration of SOG for highly selective and efficient photodynamic therapy (PDT) in liver cancer cells, and ultimately achieving the aim of precisely targeted treatment. Moreover, by incorporating computed tomography (CT) contrast agent into this system, a novel theranostic agent is developed for CT imaging and PDT. We will systematically assess the biocompatibility of the novel theranostic agent in vitro and in vivo, study its tumor-targeting ability and mechanisms of cell killing in PDT and preliminarily evaluate the efficacy of in vivo tumor-targeted and imaging-guided PDT, finally providing a high-efficient and low-toxic treatment for cancer therapy.

本项目拟将光敏剂标记的可以靶向肝癌细胞的核酸适配体与氧化石墨烯结合，设计同时靶向肝癌细胞和调控光敏剂光动力活性的智能纳米递药系统。利用氧化石墨烯独特的淬灭能力抑制单线态氧的产生，避免在输运时对正常组织造成损伤。核酸适配体特异性识别肝癌细胞后其构象将发生变化，导致光敏剂脱离氧化石墨烯表面，在光照射下产生单线态氧选择性杀死肝癌细胞，达到精准靶向并治疗肝癌的目的。此外，通过与CT成像技术结合开发同时集成像功能和光动力疗法于一体的诊疗一体化新型纳米药物。从细胞和动物水平上，系统研究新型纳米药物的生物安全性和体内过程，探索其靶向肝癌组织的能力以及抗肿瘤机制，初步评估在成像指导下靶向光动力治疗肝癌的效果，阐明应用智能纳米递药系统可以提高光敏剂的选择性和靶向性，减小毒副作用，为癌症患者提供一种新的治疗手段。

本项目利用癌细胞特有的肿瘤微环境，以多功能纳米材料的设计合成为核心，通过有目的地调控微环境，开发了一系列X射线激发的纳米药物，以实现提高光动力学等各种治疗手段的效果，降低毒副作用的目的。首先，优化了氧化石墨烯制备方法，得到了尺寸和氧化程度可控的单层氧化石墨烯纳米片，发展表面化学修饰手段，改善氧化石墨烯纳米片分散性和生物相容性，并系统评价了氧化石墨烯的毒性以及氧化程度、表面电荷以及细胞类型等因素对其毒性的影响。进一步将氧化石墨烯与多酸纳米团簇、铋基纳米颗粒等相结合，利用氧化石墨烯极大的比表面积、良好的导电性能和优异的光热性能，以提高多酸纳米团簇的X射线激发的光动力学活性和提高纳米材料的抗辐射损伤性能，并与光热治疗、CT成像技术、光声成像技术等相结合，开发了集成像、光热治疗和X射线激发的光动力学治疗于一体的新型铋基纳米药物，包括Cu3BiSe3、Fe4Se2W18以及Bismuth；探索了制备条件、表面修饰等对新型纳米药物结构和性能的影响规律；研究了新型纳米药物的稳定性、X射线激发的光动力学活性以及造影功能等基础问题；利用CT成像技术对新型纳米药物在小鼠体内的分布进行了实时示踪；评价了上述新型纳米药物的生物安全性及肿瘤综合治疗效果；揭示了杀伤肿瘤细胞的分子机制及相关规律；此外，将光动力学治疗常规使用的紫外、可见光替换为X射线，不但能显著改善治疗深度，还更利于和其他成像手段结合，实现成像引导下综合治疗；最后，系统总结了最具有临床应用潜力的纳米材料种类及其毒理学机制，并在此基础上综述了设计安全的医用纳米材料的开发原则和该领域的的最新进展，并以此作为指导开发更有效的更安全的新型医用纳米材料以及药物。