热疗增敏纳米材料的多功能复合与肿瘤治疗研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:longxue1211
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肿瘤热疗作为一种纯物理性绿色疗法,被称之为除手术、化疗、放疗和生物治疗之外的第五种肿瘤治疗方法。它主要是利用非电离辐射物理因素的生物热效应,使生物组织加热升温从而杀灭肿瘤细胞进行肿瘤治疗。它不但可以直接作为治疗手段来杀死肿瘤细胞,而且可以作为辅助治疗方法提高放、化疗的效果。因而,热疗近年来被广泛应用于临床,并且取得了良好的治疗效果。肿瘤热疗可以分为超声热疗、射频热疗、光热治疗和微波热疗。热疗因其热转换效率高、治疗范围宽、毒副作用小而被誉为“绿色”疗法,也被国外专家称之为“医疗春天到来的标志”。但是,热疗对肿瘤不具有选择性,治疗效果有待提高,这就需要开发热疗增敏材料来增强热疗对肿瘤的选择性,从而实现特异性加热肿瘤的目的。而目前关于热疗增敏材料的研究多为无机纳米材料,其体内代谢问题限制了其临床的应用,因此,需要研究可降解的增敏材料来应用于肿瘤热疗以增强其热疗疗效。此外,研究发现,肿瘤与炎症密切相关,肿瘤的发生、发展、转移都与炎症有关,而热疗又会产生促炎反应,这些因素导致增敏材料虽然能提高热疗疗效,但是治疗效果不显著;虽然能消除肿瘤组织,但是产生的炎症通常会阻碍肿瘤的治疗甚至刺激其复发从而难以治愈。本论文主要针对热疗增敏纳米材料来提高热疗的疗效,同时,针对热疗过程中可能出现的残余肿瘤以及炎症进行治疗,从而实现肿瘤的联合治疗。主要工作和成果如下:  1、本论文利用可降解的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)以及光敏材料聚多巴胺(PDA)成功合成了一种新型基于ZIFs的可降解的NIR和pH双重响应的多功能复合增敏纳米材料PDA-PCM@ZIF-8/DOX(PPZD-NCs)用于光热和化疗的联合治疗。由于ZIFs的快速降解使其在体内的应用中会产生严重的副作用,如细胞凋亡、主要器官异常、甚至实验动物的死亡,这些都极大地限制了它的体内应用。而PDA的修饰则很好地调节了它的降解速率,精确地控制了ZIFs的降解和药物的释放,大大降低了体内毒性。此外,PDA作为一种光热转换剂,不仅使得整个药物递送系统具有很好的光热性能,还用于触发NIR控制药物释放的相变材料的热反应开关。在NIR和酸性环境的双重刺激下,药物的释放率高达78%,而在没有刺激的情况下只有21%的药物被释放,显示出良好的药物控制释放效果。在体内的抗肿瘤实验中,显示了光热化疗组的高肿瘤抑制率,具有显著的协同效应。基于ZIFs的生物相容性和可生物降解的药物传送平台在未来的临床癌症治疗中有很大的前景。  2、本论文利用一种简单的BSA@ZIF-8纳米材料同时实现微波热疗和炎症管理。研究表明癌症发病率和炎症之间有明显的相关性,癌症治疗也会不可避免地引发炎症反应。在本论文中,设计了一种新的肿瘤治疗策略,该策略基于可生物降解的BSA@ZIF-8,用于同时肿瘤消除和炎症抑制。这种可生物降解的ZIFs拥有丰富的多孔结构,可以容纳大量的离子,在微波辐照下发生强烈地非弹性碰撞,从而产生大量摩擦热导致肿瘤细胞死亡增加,有效抑制小鼠肿瘤的生长,并具有良好的抗肿瘤效果(95.4%)。此外,Zn2+从BSA@ZIF-8中降解释放出来,可以破坏细菌细胞壁和细胞膜结构,影响新陈代谢,导致细菌细胞死亡,最终达到良好的抗菌效果。体内实验结果表明,BSA@ZIF-8可以保护80%的小鼠免受肿瘤以及其伴随的感染的致命侵袭。总的来说,提出了一种新的利用可生物降解的ZIFs来进行微波消融治疗同时抗菌和抗感染的新策略,取得了良好的肿瘤治疗效果。  3、本论文设计了一种新型的三功能型可用于CT成像引导的肿瘤微波热疗同时抵抗细菌感染的PEG-IL/ZrO2-Ag@SiO2纳米摇铃。在微波辐射下,纳米摇铃具有优良的微波升温效果。同时,纳米摇铃在体外和体内具有良好的抗菌效果,能有效抑制细菌生长,减少微波热疗过程中的炎症反应。此外,它的CT成像功能使其可以可视化实时监测肿瘤治疗疗效。体内实验结果表明,同时使用微波热疗和炎症管理的策略具有良好的抗肿瘤效果(96.4%)。这一概念验证的研究为肿瘤治疗提供了一种简单而可靠的方法,这表明利用多功能纳米材料来同时根除肿瘤组织和治疗炎症在肿瘤治疗方面具有巨大的应用前景。
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