巨噬细胞携载石墨烯/多柔比星的仿生脑靶向纳米递药系统的构建及其抑制脑胶质瘤术后复发的应用研究

Glioma is the most common malignant tumor of the central nervous system. The existence of the blood-brain barrier(BBB) limits the application of many classic drugs in postoperative chemotherapy of glioma. Drug-loaded nano-system based on small sized graphene has been widely used in drug delivery and has achieved good results. However, it still has some defects such as short circulation time in vivo and poor targeting. Based on the characteristics that macrophages(MAs) are easy to traverse BBB and have the tendency of tumor and inflammation tendency, we will construct a new bionic drug delivery system that MAs carrying small size graphene nanoscale loaded with doxorubicin(DOX) in this study. The new nanoparticle delivery system preserves the above features of MAs and can be avoided from the immune recognition and prolongs the circulation time. Due to the dual role of postoperative inflammatory cytokine accumulation and residual tumor after surgical resection, the new drug delivery system will pass through the BBB and concentrate to operation areas. After 808nm infrared irradiation, the release of free DOX molecules and microbubbles will play an effective role in inhibiting tumor recurrence. In conclusion, we are going to develop an intelligent bionic drug delivery system based on MAs and graphene, which will provide an experimental basis for for DOX application in post-operative chemotherapy of glioma.

胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，由于血脑屏障的存在限制了许多经典药物在胶质瘤术后化疗中的应用。基于小尺寸石墨烯的纳米载药系统已经被广泛应用于药物输送，并取得了良好的效果，但其仍存在着体内循环周期过短、靶向性效果不明显等缺陷。本课题拟利用巨噬细胞易通过血脑屏障及具备肿瘤炎症趋向性的特点，采用巨噬细胞来对负载多柔比星的小尺寸石墨烯纳米系统进行包裹，制备新型仿生药物输送系统。该新型纳米递药系统保留了巨噬细胞的上述特性，且能避免机体免疫识别并延长循环时间。肿瘤切除术后术区炎症细胞因子聚集和残余肿瘤的双重作用，使该新型纳米给药系统经静脉注射后通过血脑屏障并主动富集至术区残余肿瘤部位，随后接收808nm红外光照射，释放游离多柔比星分子和载药微泡，产生高效的抑制肿瘤复发作用。综上，我们拟开发一种基于巨噬细胞和石墨烯的智能仿生药物递送系统，为多柔比星应用于脑胶质瘤术后化疗提供新的思路和实验基础。

阿霉素（doxorubicin，DOX）常用于肿瘤的化疗，但其肿瘤靶向性差且毒副作用大。为了提高其肿瘤靶向性，本课题采用具有炎症和肿瘤趋向特征的巨噬细胞作为载体，包载还原氧化石墨烯，以阿霉素作为模型药物，构建一个新型光敏性仿生肿瘤靶向递药系统，研究其体内外抗肿瘤的作用。.第一部分我们通过共价键连接的方式在氧化石墨烯（GO）的表面修饰分支状聚乙酰亚胺（BPEI）得到BPEI-GO，通过水合肼还原得到 BPEI-rGO，为了提高其水溶性和稳定性，通过共价键连接聚乙二醇（PEG）得到PEG-BPEI-rGO。我们通过红外、紫外光谱、拉曼光谱、动态光散射仪、原子力显微镜等方法验证了PEG-BPEI-rGO的结构和形态。通过修饰的还原氧化石墨烯不仅表现出优异的光热转化效率，其生物相容性和水溶性明显提高。体外药物释放研究显示，近红外光照射可以加速载体药物的释放速率，具有NIR控释效果。.第二部分我们用一种鼠源巨噬细胞样细胞系RAW264.7细胞，来构建细胞载药系统。通过将DOX/PEG-BPEI-rGO与巨噬细胞共孵育的方法，制备载药巨噬细胞（MAs-DOX/PEG-BPEI-rGO）。MAs-DOX/PEG-BPEI-rGO的载药量为20 μg DOX/106 cells。我们通过Transwell实验考察了的巨噬细胞的炎症趋向性和肿瘤趋向性，在炎症因子和肿瘤趋化因子的共同作用下，巨噬细胞具有显著的肿瘤趋化能力，并且在载药后，巨噬细胞的肿瘤趋化能力没有受到显著影响。研究发现其具有明显的光热效应和NIR控释效果。CCK-8法发现化疗和光热疗法的联合应用可以有效地抑制肿瘤。.第三部分我们建立了小鼠移植瘤模型，研究载药巨噬细胞在体内的肿瘤靶向能力，通过热红外相机考察MAs-DOX/PEG-BPEI-rGO在体内的光热效应，并且考察了其体内抑瘤效果和安全性。活体成像实验显示，载药巨噬细胞在荷瘤小鼠体内具有明显的肿瘤靶向能力。肿瘤生长抑制实验显示，阿霉素联合光热疗法，可以有效抑制肿瘤生长，且光热-化疗的联合应用具有协同效应。我们以小鼠在治疗过程中的体重变化作为安全性的评价指标，该载药系统没有全身毒副作用。.本课题开发了一种基于还原氧化石墨烯和巨噬细胞的光敏仿生肿瘤靶向递药系统，为肿瘤的化疗开辟一个新的治疗策略。