载药ZIF-8纳米颗粒在抗细胞衰老方面的应用研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) | 被引量 : 2次 | 上传用户:tianxiuli_ok
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细胞治疗是近几年兴起的疾病治疗新技术,具有增强机体免疫、杀死病原体和肿瘤细胞、促进组织器官再生和机体康复等疗效。细胞治疗通常需要大量的细胞,体外扩增培养是常用的获得大量细胞的重要方法之一。然而体外扩增环节的细胞老化现象很大程度上阻碍了细胞治疗的临床应用。因此,如何在体外扩增环节中抑制细胞的衰老对细胞治疗的应用和发展极其重要。白藜芦醇是一种多酚化合物,具有良好的抗氧化及自由基清除能力,这是其发挥生物活性的基础。此外,白藜芦醇是蛋白质脱乙酰基酶sirtuin1(Sirt1)的激活剂,它通过对过氧化物酶体增殖物激活受体γcoactivator-1(Pgc-1)的代谢来调控衰老。然而白藜芦醇的化学稳定性较差,易被氧化,生物利用度低。为了提高白藜芦醇的生物利用度,选择合适的纳米载体十分关键。金属有机框架(MOFs)是一类由金属离子和有机配体桥联组成的新型杂化材料,具有大比表面积、孔径可调、可生物降解等特点,为药物高效装载的实现提供了可能。ZIF-8是其中一类具有沸石骨架结构的金属有机骨架材料,不仅具备MOF的特征(如易于调节的组成和结构),还因其具有类沸石结构拥有较高的水稳定性,是一种潜在的药物递送材料。本文选用ZIF-8纳米颗粒作为白藜芦醇的载体,构建纳米载药系统,利用持续药物释放抑制细胞扩增环境中的衰老。主要工作内容和结论阐述如下:1.以六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为原料,分别以水和甲醇为介质,利用表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))和封端剂((三羟甲基)氨基甲烷(TRIS))进行形貌调控,在常温下制备了沸石咪唑酯金属有机骨架8(ZIF-8)纳米材料,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对制备的样品进行形貌、粒径大小表征。结果表明以甲醇为介质所制备的ZIF-8呈较为均一的多面体形状,大小约为30 nm;当以水为反应介质时,通过调控反应溶液的pH、表面活性剂CTAB以及TRIS的浓度,可制备出花瓣状、鲁班锁状、球状、多面体状、针棒状、四面体状的ZIF-8纳米颗粒,颗粒尺寸小至90 nm,大至700 nm。2.以甲醇为介质,通过溶剂法将Zn离子和2-甲基咪唑自组装生成ZIF-8纳米颗粒,粒径大小在30 nm左右;通过吸附法构建白藜芦醇/ZIF-8纳米载药系统(Resveratrol@ZIF-8),考察白藜芦醇浓度和装载时间等因素对装载效果的影响,选择合适参数构建Resveratrol@ZIF-8载药体系。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、紫外可见光谱仪(UV-Vis)、Zeta电位仪、氮气吸附仪等测试方法对Resveratrol@ZIF-8载药体系进行了系统表征,确认ZIF-8具有较高的结晶度,载药过程未破坏其晶型,证实了白藜芦醇在ZIF-8纳米颗粒中可成功装载,装载率为15.3%。药物释放曲线表明此载药体系在中性和碱性环境中具有较好的稳定性,药物释放效率低;而在酸性环境下,因ZIF-8本身的降解,药物释放较快,呈现良好的缓释效果。3.通过双氧水刺激正常小鼠骨髓间充质干细胞(BMSC)来构建体外细胞衰老模型,探索了双氧水浓度、刺激时间等实验条件对细胞衰老的影响,通过细胞活力检测、?-半乳糖苷酶(?-gal)染色实验、活性氧(ROS)定量检测表征细胞衰老行为,筛选出较为适宜的刺激时间和双氧水浓度分别为3小时和200μM,成功获得了体外细胞衰老模型。4.利用细胞增殖检测(CCK8)研究了ZIF-8、白藜芦醇、Resveratrol@ZIF-8对衰老小鼠骨髓间充质干细胞(S-BMSC)增殖情况的影响。结果表明,较ZIF-8和游离的白藜芦醇,Resveratrol@ZIF-8载药体系能显著地促进S-BMSC的增殖。将处于对数生长期的BMSC分别和双氧水、双氧水+白藜芦醇、双氧水+Resveratrol@ZIF-8载药体系共培养,考察细胞的增殖能力,并通过碱性磷酸酶(ALP)及成骨基因表达检测评价细胞的成骨活性。结果表明载药体系能促进SBMSC的增殖,并能一定程度地恢复S-BMSC的成骨分化能力。总之,本文成功制备了ZIF-8纳米颗粒,构建了Resveratrol@ZIF-8载药体系,其载药效率为15.3%。ZIF-8纳米载体不仅成功保护了白藜芦醇的生物活性,并且可缓释药物。体外细胞实验结果证实Resveratrol@ZIF-8载药体系可抑制细胞扩增环境中的衰老,并能一定程度地恢复S-BMSC的成骨分化能力。此工作为解决白藜芦醇化学稳定性差、易被氧化及生物利用度低等缺点,提供了新的思路,亦可为其它类型抗氧化药物的装载提供借鉴。
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