生物醫(yī)學(xué)材料研究進(jìn)展

1、生物醫(yī)學(xué)材料研究進(jìn)展姓名：廖鵬 學(xué)號： D14301047 專業(yè)：生物工程 指導(dǎo)老師：唐汝培【題目】TPGS-stabilized NaYbF4:Er upconversion nanoparticles for dual-modal fluorescent/CT imaging and anticancer drug delivery to overcome multi-drug resistance【摘要】多藥耐藥性(MDR) 是在癌癥化療失敗的一個主要原因。聚乙二醇1000維生素E琥珀酸酯(TPGS)由于能夠抑制P-糖蛋白(P-gp)，已經(jīng)在克服癌癥化療的多藥耐藥性方面被廣泛研究了。在這

2、項研究工作中，TPGS是第一次作為新的表面改性劑功能化NaYbF4：ER上轉(zhuǎn)換納米粒子(UNCPs)和賦予準(zhǔn)備的產(chǎn)品 (TPGS-UCNPs) ，它們具有良好水溶性，P-gp抑制能力和成像制導(dǎo)藥屬性。在化療藥物(阿霉素，DOX)的加樣后，初紡復(fù)合材料(TPGS-UCNPs-DOX)展示了對DOX抗性MCF-7細(xì)胞的強(qiáng)有力的殺傷能力。流式細(xì)胞評估和Western免疫印跡法顯示了TPGS-UCNPs能夠強(qiáng)有力的減少P-gp的表達(dá)和促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)藥物蓄積，從而實現(xiàn)MDR逆轉(zhuǎn)。此外，考慮到UCNPs過程有效的上轉(zhuǎn)換發(fā)射和包含在UCNPs中的Yb鐿元素有很強(qiáng)的X射線衰減能力,獲得的復(fù)合材料也可以作為一種雙模

3、型探針，這種探針用于上轉(zhuǎn)換發(fā)光(UCL)成像和X射線計算機(jī)斷層掃描(CT)成像，從而使它們有希望能夠運用于成像制導(dǎo)癌癥治療?！厩把浴炕熓且环N在臨床上癌癥治療的前線策略之一。然而，傳統(tǒng)的癌癥化療在至少50%的病人中被多藥耐藥性(MDR)限制了。迄今為止，最好的特征MDR機(jī)制之一包括在細(xì)胞膜上ATP-binding盒式(ABC)運載體和p-糖蛋白(P-gp)的過度表達(dá)。P-gp可以通過積極增加各種抗癌藥物逆濃度梯度細(xì)胞外排而保護(hù)細(xì)胞，從而減少這些藥物細(xì)胞內(nèi)水平使之低于有毒濃度。為了克服MDR，在過去幾十年里付出相當(dāng)大的努力一直在開發(fā)P-gp抑制劑。最近，一些非離子表面活性劑（例如，吐溫類、跨度、

4、普朗尼克嵌段共聚物和TPGS）顯示出通過抑制P-gp射流泵去調(diào)節(jié)細(xì)胞藥物運輸活性從而影響藥物動力學(xué)。TPGS(D-a-聚乙二醇1000維生素E琥珀酸酯), 一種被廣泛運用于食品藥品工業(yè)的水溶性維生素E琥珀酸酯，被顯示是一種最有效的商用P-gp抑制劑表面活性劑之一。TPGS的共給藥能夠抑制P-gp介導(dǎo)耐多藥且能增加抗癌藥物的口服生物利用度?？上У氖?，受限于自身的特點，僅僅將TPGS與治療藥物結(jié)合是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代個人化的癌癥治療要求的，其中診斷和治療應(yīng)該同時實現(xiàn)。納米技術(shù)提供了一個多功能的藥物輸送和納米醫(yī)學(xué)的平臺，是解決治療中腫瘤的異質(zhì)性和適應(yīng)性耐藥挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。納米載體的首個優(yōu)勢是其在多功能性方面

5、的潛能，這種納米載體能夠使藥物調(diào)節(jié)、親和配體和成像部分以單個對象來實現(xiàn)目標(biāo)和實時跟蹤藥物輸送。此外，已經(jīng)證實了這些納米材料在腫瘤組織中比正常組織增強(qiáng)了滲透率和保留率(EPR)效率。最近興起的摻雜鑭系元素上轉(zhuǎn)換納米材料(UCNPs)，這種材料能夠通過一個非線性反斯托克斯過程有效地把接收的兩個或兩個以上低能近紅外轉(zhuǎn)換為一個更高的能量紫外線/可見光，是理想的用于制作多功能治療診斷藥劑的構(gòu)建模塊，這個模塊可以用于同步診斷和治療。此外，由于它們在基質(zhì)組成中的高度可行性，許多功能元件能夠被引入UCNPs主體。如果那樣，這些發(fā)光的UCNPs運用于X光計算機(jī)斷層掃描(CT)，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)，單光

6、子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描(SPECT)和磁共振(MR)成像已經(jīng)被深入研究了。除了它們的多成像功能，基于UCNPs的具有通用表面功能和獨特的結(jié)構(gòu)特點的納米材料在抗癌治療方面吸引了大量的關(guān)注。然而，盡管許多先鋒研究見證了UCNPs在癌癥診斷和治療方面利用功能化的快速發(fā)展，使用基于UCNPs的治療診斷的納米醫(yī)學(xué)在耐多藥癌細(xì)胞的有效治療方面以我們目前的知識手段還沒有實現(xiàn)。因此，UCNPs整合了TPGS做為藥物載體可能提供一種同時實現(xiàn)對耐藥腫瘤細(xì)胞多模式成像和高效治療的新的可能性。在這方面，第一次，TPGS-功能化 NaYbF4：ER上轉(zhuǎn)換納米粒子(TPGS-UCNPs)被開發(fā)成一種新型的P-糖蛋白抑制劑和

7、納米載體，這種材料能夠加樣油脂阿霉素（DOX ）從而防治DOX-抗性 MCF-7癌細(xì)胞?？紤]到TPGS的兩性結(jié)構(gòu)是由一個親脂的非極性(水不溶性)頭和一個親水(水溶性)掛鉤的尾巴而組成，TPGS能夠作為表面改性劑功能化這些油酸（OA）加帽UCNPs從而使它們通過疏水-疏水相互作用而溶于水，并且在阿霉素加樣中形成一個疏水層。由于從轉(zhuǎn)換的Er離子強(qiáng)烈的上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）和Yb元素的高度x射線吸收能力，TPGS-UCNPs也可以作為一種雙模式的UCL/CT成像對比劑。細(xì)胞敏感性熒光成像和高度3D分辨率CT技術(shù)的結(jié)合可以提供更多的癌組織的準(zhǔn)確信息。在加樣DOX后，這些具有雙模式成像，P-糖蛋白抑制劑和藥物輸送能力的復(fù)合物是成像制導(dǎo)MDR逆轉(zhuǎn)療法潛在的候選。因此，多功能UCNPs 和P-gp抑制劑表面活性劑的結(jié)合將提供一個構(gòu)建抗MDR癌癥的納米級治療診斷藥劑的新的和穩(wěn)健的選擇。【總結(jié)】總之，TPGS被運用作為一種新的UCNPs的表面修飾劑，TPGS-穩(wěn)定化UCNPs可以很好地存儲在各種生理解決方案里。更重要的是，UCNPs表面上TPGS的存在賦予它們P-糖蛋白抑制能力，并且能夠顯著地克服在加樣DOX后在DOX-抗性MCF-7細(xì)胞中的MDR。此外，這些包含