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本文分为两个部分,第一部分是本人于国内完成的对于冠状动脉疾病(Coronary artery disease,CAD)的代谢组学研究。拟解决问题:CAD其发病率和致死率一直高居榜首,因此对于CAD的预测与防治尤为重要。然而传统的风险因子已经不能促进对于CAD患者的预测能力,而且这些患者通常在发展为急性心肌梗死(AMI)之前不会立即出现相关症状。因此,新的诊断策略对于具有相关疾病风险的患者的预测及跟踪至关重要。研究内容:本论文第一部分收集了 CAD相关病人的血清并建立了以UPLC-QTOF-MS为基础的代谢组学方法,然后以此建立了多元统计模型,鉴定新生物标志物并用于区分CAD发展的不同阶段。论文的第二部分是本人在University of California Davis验室完成的对于其开发的一种基于脱镁叶绿实酸A(Pheophorbide A,Pa)和伊立替康(Irinotecan,Ir)组成的药物-光敏剂全活性药物成分纳米颗粒PI的仿生改造。在过去的几十年中,化学疗法一直是癌症的主要临床治疗方法之一,然而化学治疗药物的强烈的毒性极大地限制了它们的临床应用。而基于纳米载体的药物自递送系统(drug self-delivery systems,DSDSs)具有较高的载药能力,相对最小的载体相关毒性和易于制备的优点,是解决化疗毒性问题的最具前途的方法之一。拟解决问题:尽管具有诸多优点,PI纳米颗粒的胶体稳定性和血液循环时间仍需要改进。研究内容:本文第二部分通过将自上而下的细胞膜制备技术整合到自下而上的多功能纳米平台中,开发了一种新型的仿生药物自递送系统。本论文主要研究结果和创新性工作如下:(1)采集CAD患者样本并建立稳定可靠的超高效液相四极杆飞行时间质谱分析方法。本研究在完成了诸多参数优化后建立了可以连续进样完成总计143个样本及QC样本分析的UPLC-QTOF-MS方法,并以QC样本为基础采用PCA分数图和对代表代谢物的保留时间及峰面积CV%进行考察,最终确认了该分析方法的可重复性及仪器的稳定性能够满足代谢组学研究的要求,为接下来数据的挖掘分析做好铺垫。并且在此过程中首次通过对中国人群特殊的饮食用药情况,对血清样本中一些特定的代谢物信息进行了预筛选,以避免对于后续CAD疾病相关生物标志物分析的干扰。(2)根据以采集的质谱数据,采用代谢组学方法建立多变量模型以寻找生物标志物。在本研究中,使用UPLC-QTOF-MS进行非靶向代谢物组学分析,结合多变量统计模型分析稳定型心绞痛患者血清样品(n=38),急性心肌梗塞(AMI)(n=34)和健康的年龄和性别匹配的对照(n=71)。结果显示当对正负离子模式采集的数据集分别使用OPLS-DA模型进行判别分析时,稳定型心绞痛和AMI之间的代谢组学特征明显不同,其后使用内部交叉验证方法计算得出曲线下面积(AUROC)=0.983以确定预测模型有效性。通过模型确定了各种组间差异代谢物,包括磷脂,脂肪酸,鞘脂,甘油脂和类固醇。然后我们用多变量统计模型证明了这些代谢物在疾病发展阶段的不同作用。已知与CAD疾病相关的磷脂类代谢物则表现出对AMI患者与稳定型心绞痛患者较低的判别能力。本文首次确认了神经酰胺,胆汁酸和类固醇激素如Cer(t18:0/16:0),Cer(d18:0/12:0),硫酸脱氢表雄酮(变量对投影影响评分分数分别为1.99,1.97,1.64)都与CAD的发展有密切关系。这些结果表明,基于以UPLC-QTOF-MS为基础的代谢组学方法,揭示了 CAD疾病由稳定性心绞痛向AMI发展过程中,不同种类代谢物所具有的不同贡献。对于CAD的认知,预测以及治疗有一定指导作用。(3)首次建立以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(polylactide-co-glycolic acid,PLGA)为内核的仿生纳米药物自递送系统。本文基于PI分子,应用工程技术和纳米技术成功制备了由PLGA和PI自组装形成的新型的纳米粒,并且通过将PLGA-PI与红细胞膜共挤压方式对其进行包覆。然后对得到的纳米粒进行表征,以确定包覆的成功。接下来体外模拟的稳定性实验表明在30天内,PLGA-PI与RBC-PLGA-PI具有十分良好的稳定性。我们用PLGA与红细胞膜修饰PI纳米粒提高其稳定性的同时也不希望改变PI本身具有的特性,在体外激光激发实验中,成功确认了新制备纳米粒的仍然具有光热治疗与光动力治疗以及受激发药物释放的特性。最后我们在两种美国FDA批准可以用于光热治疗的癌症细胞株(A549)上确认了所得纳米粒所具有细胞杀伤效果。在本研究中,首次将PLGA与PI分子以共沉淀的方法进行自组装,其后将红细胞膜囊泡包覆于其上,制得新型的以PLGA为内核的仿生纳米药物。(4)首次建立以无多聚物内核的基于PI分子的仿生纳米药物自递送系统。本研究中,为了提高载药量放弃了以多聚物为内核的体系,通过将自上而下制取的红细胞膜整合到我们自下而上的多功能纳米平台中,成功制备了 RBC-PI纳米粒。与以聚合物骨架为核心且载药量相对较低的常规细胞膜包覆的纳米颗粒相比,由红细胞膜囊泡与PI复合而成的该系统不含聚合物且具有高达50%的API载量。与PI纳米颗粒相比,RBC-PI在药代动力学研究中表现出延长了 2倍的半衰期及10倍的曲线下面积,并且巨噬细胞对其摄取显著降低。同时,RBC-PI保留了 PI纳米粒子的优异的光热治疗效果,使其具有延长血液循环,改善肿瘤递送和增强动物模型中的光热效应等效果。本研究创新性的解决了强静电作用力吸引造成共沉淀的难题后,并首次成功以红细胞膜囊泡作为载体与PI分子自组装成为无多聚物内核的药物-生物分子自递送纳米药物系统,并且应用冷冻透射电镜对纳米药物进行表征,从形态上解释了纳米自组装的过程。其后通过实验证实这种纳米药物系统兼具合成药物功能以及生物功能。这种仿生的DSDSs利用了两个系统的最佳特性来弥补彼此的缺点,并为理想的药物输送系统提供了未来的可借鉴方案。