壳聚糖－碳纳米管基肿瘤靶向给药系统的研究

碳纳米管(CNTs)作为目前最受关注的新型纳米材料，用于药物载体是其在生物医药领域的一个重要潜在应用。CNTs 容易穿透细胞膜进入细胞内，表现出优异的载药能力，可以载带多肽/蛋白质、核酸和小分子药物等进入细胞，能提高药物进入细胞的效率。但是对于同时具有靶向分子和肿瘤治疗药物的多功能性CNTs基给药体系的设计和制备研究尚刚刚起步，对于CNTs载体的生物相容性及其在细胞中的代谢途径、CNTs基给药体系的药物动力学性能等还缺乏相应的系统研究。本课题以制备能实现抗肿瘤药物的靶向输送和治疗的壳聚糖－碳纳米管基给药体系为目标，深入研究壳聚糖－碳纳米管载体的生物毒性及其在细胞中的代谢途径，系统研究其药物动力学性质，在细胞水平筛选合成的给药体系，评价其靶向性能和杀死肿瘤细胞的效果，推动基于碳纳米管的给药体系的研究。

单壁碳纳米管（SWCNTs）具有良好的跨膜性和高的载药率，可以将基因或难溶性药物送入到细胞内部，是纳米生物医药领域的一个新兴方向和研究热点。我们以廉价易得的天然多糖分子改性SWCNTs，构建靶向送药体系并研究以下关键问题：1）影响SWCNTs进入细胞的因素；（2）SWCNTs进入细胞的机制；（3）载药率和响应性释药的控制；（4）改性SWCNTs在细胞内的分布、代谢和毒性；（5）改性SWCNTs在裸鼠等生物体内的分布、代谢和毒性。研究结果表明，SWCNTs的长度直接影响其跨模型，经过截短后（<500 nm）才能进入到细胞内部。通过设计一种pH影响的荧光SWCNTs证明其进入细胞的机制是网格蛋白介导的内吞过程，而且SWCNTs主要分布在细胞溶酶体内。适量（<100 ug/mL）的SWCNTs进入细胞后能在细胞内存在1周以上，但几乎不影响细胞的生长和增殖。通过壳聚糖（CHI）等多糖包覆后，改性SWCNTs具有更好的生物相容性，能高效负载抗肿瘤药物DOX（载药量>120%），而且DOX的释放具有pH响应特性，在血液（pH~7.4）中几乎不释放药物，而进入细胞溶酶体后（pH~5.5）能很好的释放DOX，具有理想的控释效果。壳聚糖上接入叶酸（FA）后对人宫颈癌细胞和肝癌细胞等具有良好的靶向作用，能高效的将DOX送入并杀死肿瘤细胞。将近红外荧光探针和靶向分子一起键接到SWCNTs上的壳聚糖表面，通过尾静脉注射到裸鼠体内，动物活体成像结果表明改性的SWCNTs主要分布在肿瘤、心脏、肝和肾脏部位，对裸鼠体内的肿瘤有良好靶向作用，而且经过长时间循环后心脏、肝和肾脏部位的SWCNTs主要以尿液的形式排泄掉，对肝、肾和脾等脏器没有明显毒性。因此，碳纳米管基靶向送药系统可望用作高效低毒的抗肿瘤送药系统。