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背景非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer)占发病率最高的恶性肿瘤肺癌的80%,临床常见的治疗手段有化学疗法,放射疗法等,最近流行的小分子疗法和免疫疗法以及这些策略的组合也随之进入人们的视线。然而,化学疗法通常造成全身副作用,而放射疗法则受到累积放射剂量的限制。近年来,光声成像(PAI)引导的光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT)作为一种高效且安全的肿瘤消融受到越来越多的关注。相对于无机纳米材料的生物组织毒性和不易降解等缺点,有机共轭化合物NIR纳米材料的生物相容性和安全性高,并且具有较高的光热转换效率和可修饰性强等优点。因此有机共轭化合物NIR纳米材料的开发以及如何提高材料的光热性能是目前的研究热点之一。基于此思路,本文主要围绕硫族元素取代的有机共轭近红外纳米诊疗剂(PTA)的分子工程学探究有机化合物的分子结构与光热或光动性质的关系,以及对A549非小细胞肺癌治疗的研究。首先,我们设计合成了三种吡咯并吡咯二酮二聚体共轭聚合物(CPs:DPP-SO,DPP-SS和DPP-SSe)并制备其纳米颗粒(CPNs),研究了硫族元素原子(O,S和Se)变化对其光热治疗性能的影响;其次,设计合成了硫代的反式异构体PDI-TS和顺式异构体PDI-CS,及其其纳米颗粒(NPs),以探讨硫原子位置对光热和光动协同治疗肿瘤效果的影响。目的制备具有高的光热稳定性,良好的消光系数和高光热转换效率的有机NIR材料用于在光声成像引导下的PTT/PDT治疗非小细胞肺癌,同时探究硫族元素的取代与治疗性能的关系。方法1.PTA制备和表征:通过经典的有机合成反应合成PTA分子,使用紫外吸收光谱、核磁1H谱等对PTA进行表征。2.PTA纳米颗粒(PTANPs)的制备与表征:使用共沉淀法构建纳米颗粒,对纳米颗粒的粒径,外貌形态进行检测。3.光热性质的检测:对PTA NPs的浓度依赖性,功率依赖性,光热稳定性和光热转换效率等进行检测。4.光动性质的检测:使用1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)作为活性氧产生指示剂对PTA在激光照射下的光动力学性能进行检测。5.体外抗非小细胞肺癌细胞(A549)的研究:1)细胞增殖实验:用CCK-8法检测不同实验组在有无激光照射下对A549细胞的毒性作用。2)细胞荧光检测体外抗A549细胞作用:通过钙黄绿素(Calcein-AM,CA)/碘化丙啶(Propidium iodide,PI)双染实验检测PTA NPs在激光照射下对A549细胞毒性作用。Annexin V-FITC/PI双染检测PTANPs在激光照射下对A549细胞毒性作用。6.体内抗非小细胞肺癌的研究:1)非小细胞肺癌肿瘤模型的建造及分组处理:建造A549皮下荷瘤裸鼠模型。2)光声成像实验:通过MOST成像系统进行裸鼠体内的PA成像。3)裸鼠体内抗肿瘤效果评估:对各组的肿瘤体积和重量进行记录,对比评估抗肿瘤效果。4)生物安全性评估:对裸鼠的血常规和血液生化各项重要指标进行检测和对裸鼠的主要器官进行苏木精和伊红(H&E)染色,评估疗效和生物安全性。结果1.设计合成了三种双吡咯并吡咯二酮共轭聚合物(CPs:DPP-SO,DPP-SS和DPP-SSe)并制备其纳米颗粒(CPNs),研究了硫族元素原子(O,S和Se)变化对其光热治疗性能的影响。主要研究内容如下:1)CPs的制备和表征:DPP单元中原子(O,S和Se)的改变使CPs的吸收光谱发生红移,同时降低消光系数和能量带隙。2)CPNs的制备与表征:三者具有相似的粒径,均在65-75 nm之间,呈均匀的球形。3)光热性质的检测:经过计算三者均具有较高的光热转化效率(74%-79%),但由于DPP-SO具有最高的质量消光系数(66.51 L g-1cm-1),因此在808 nm激光照射下DPP-SO NPs具有最佳的光热性能。4)体外抗A549细胞作用:在体外细胞水平上,DPP-SO,DPP-SS和DPP-SSe NPs对A549细胞的半数最大抑制浓度(IC50)分别为4.78,9.29和10.59 μg mL-1。使用流式细胞术检测,DPP-SO NPs在激光照射下诱导约68%的A549细胞发生凋亡,晚期凋亡占60%。5)体内抗非小细胞肺癌的研究:建立皮下A549荷瘤裸鼠模型对DPP-SO NPs进行PTT检测,肿瘤的消融和出色的生物安全性证明DPP-SO NPs具有良好的抗肿瘤性能。2.设计合成了硫代的反式异构体PDI-TS和顺式异构体PDI-CS,并制备其纳米颗粒(NPs),以探讨硫原子位置对光热和光动协同治疗肿瘤效果的影响。主要研究内容如下:1)PDI-CS和PDI-TS的合成与表征:通过核磁共振1H,13C和1H-1H NOESY 2D NMR验证了化合物结构的正确性。2)PDI-CS和PDI-TS NPs的制备与表征:二者具有相似的粒径约50nm,呈均匀的球形。3)光热/光动性质的检测:硫原子的位置对活性氧的产生影响不大。反式PDI-TS NPs的光热转换效率(58.4%)明显高于顺式PDI-CS NPs(41.2%)。4)体外抗A549细胞作用:在A549细胞上,660 nm激光照射5 min,PDI-TS NPs的IC50为7.78 μg mL-1,约是PDI-CS NPs的一半(13.23 μg mL-1)。细胞流式术结果表明PDI-TS NPs在激光照射下诱导60.68%的A549细胞发生凋亡,且大多数处于晚期凋亡状态。5)体内抗非小细胞肺癌的研究:PDI-TS NPs可作为光声成像的造影剂,在光声成像的引导下,PDI-TS NPs对A549荷瘤裸鼠的肿瘤具有明显的消融作用和出色的生物安全性。结论1.成功制备了三种吡咯并吡咯二酮二聚体共轭聚合物(CPs:DPP-SO,DPP-SS和DPP-SSe)及其钠米颗粒(CPNs),实验证明改变其中一个DPP单元的硫族原子(O,S和Se),可调节CPNs的光吸收和光热转换效率,为共轭聚合物诊疗剂的发展提供实践依据。2.成功制备了硫代的反式异构体PDI-TS和顺式异构体PDI-CS以及其纳米颗粒(NPs),通过实验证明由于PDI-TS NPs中强大的π-π和分子间C…S相互作用,使其光热性能优于PDI-CS NPs。说明通过硫原子的取代优化非共价键相互作用是一种显著改善光热性能的方法。