多功能石墨烯/金/光敏剂纳米杂化物的构建及其联合近红外激光治疗乳腺癌的实验研究

发展新型的多功能纳米诊治探针是药物控释与肿瘤纳米生物医学领域的研究热点。本项目主要针光动力治疗(PDT)中单线态氧产率低的瓶颈问题，以纳米石墨烯氧化物为基底，以金纳米粒子和光敏剂为组装单元，设计构建出多功能的纳米光敏杂化物，使其既能高效担载光敏药物分子，并增强单线态氧产生，又可通过光热效应改善肿瘤缺氧微环境，协同增强PDT的抗癌效率；并借助于光敏剂的荧光性质，实现近红外光学无损成像。同时，利用现代分析方法和检测手段研究石墨烯/金/光敏剂纳米杂化物的稳定性、光物理化学性质、光敏药物释放动力学等；在此基础上，利用生物学和医学研究方法，以乳腺癌为治疗目标，从细胞水平和动物水平上评价纳米光敏杂化物的体内外光学生物成像、协同光疗效果和抗癌增敏机制，评价其临床应用的可能性。本项目的研究将拓展石墨烯纳米复合材料的生物医学新应用，同时对发展成像指导的、近红外光控制的肿瘤原位微创诊治体系具有重要意义。

利用具有独特结构和性质的纳米材料构建多功能肿瘤纳米诊治探针，是当前提高肿瘤诊断准确性与治疗高效性的最有前景的方法之一。光动力治疗由于光敏剂的溶解性、光漂白作用、光传输、O2浓度等因素的影响，疗效受限。二维石墨烯纳米材料具有良好的生物相容性、巨大的表面积、丰富的功能基团、以及独特的光学和光热性质，在生物医学领域的应用备受关注。基于上述背景，本课题构建了具有近红外光热和光动力活性的石墨烯/Au纳米星/Ce6纳米杂合物；具有光动力和化疗活性的多聚赖氨酸功能化石墨烯(G-PLL)/酞菁锌/阿霉素复合物(ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 21615); 分析了纳米石墨烯氧化物(GO)与牛血清白蛋白的相互作用(J Nanosci. Nanotechnol., 2014, 14, 2591)及其对蛋白质构象和微环境的影响；研究了石墨烯光敏杂合物的载药率、稳定性、分散性、药物释放行为、1O2产率等物理化学性质；以光敏剂作为荧光探针，跟踪了石墨烯基光敏杂合物与靶细胞的作用过程，进一步，研究了其对多种肿瘤细胞的生物相容性、协同抗癌活性，并探讨了相关协同机制。研究结果揭示：(1) GO能够高效吸附血清白蛋白，并呈pH依赖性，酸性条件下的吸附率高于碱性和中性条件下的吸附率；GO使蛋白结构更为松散，使酪氨酸和色氨酸残基微环境的亲水性增强；(2) G-PLL具有良好的生物相容性，在多种生物溶液中具有良好的稳定性和分散性；(3) G-PLL能高效稳定地共载疏水性光敏剂酞菁锌和化疗药物阿霉素，二者具有不同的作用位点；G-PLL/酞菁锌/阿霉素具有酸性敏感的释放行为，其单线态氧产率与自由酞菁锌类似；(4) G-PLL/酞菁锌/阿霉素通过内吞方式进入细胞，并对乳腺癌、宫颈癌、黑色素瘤等多种肿瘤细胞具有显著的光动力治疗与化疗的协同抗癌效果；本研究为发展多功能纳米诊治探针，开拓新型石墨烯纳米复合材料的生物医学新应用提供了实验范例。