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基于Co-P的纳米诊疗剂的设计、合成及在肿瘤诊疗中的医学应用研究

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  • 论文编号:el2018122310371318172
  • 日期:2018-12-21
  • 来源:上海论文网
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本文是一篇医学论文,医学可分为现代医学(即通常说的西医学)和传统医学(包括中(汉)医、藏医、蒙医、维医、朝医、彝医、壮医、苗医、傣医等)多种医学体系。不同地区和民族都有相应的一些医学体系,宗旨和目的不相同。印度传统医学系统也被认为很发达。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇医学论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
恶性肿瘤是一种严重威胁人类健康和生命的疾病,根据国际癌症研究机构公布的全球肿瘤流行病统计数据显示,2012 年,全世界范围内新增的恶性肿瘤病例约为 1409 万例,因恶性肿瘤导致死亡的人数达 820 万[1]。然而,由于目前临床上依然缺乏行之有效的早期诊断和治疗方法导致在未来的几十年恶性肿瘤的死亡率将持续增长,尤其是在中低收入国家,预计到 2025 年,每年新增恶性肿瘤病例数将超过 2000 万例[2]。若能提高肿瘤的诊断准确率并进行及时、高效的治疗,肿瘤患者的生存率将得到显著提高。因此,探究高效的肿瘤诊疗技术是非常具有实际意义的。
 
1.1 肿瘤的影像诊断
关于肿瘤的无创诊断,分子影像技术是最重要、最直接的检测手段,它联合了分子生物学和体内成像技术[3-4],代表性的成像方式有超声成像(US)、计算机 X 射线断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射计算机断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)[4-5]。这些成像技术实现了生物体细胞水平的实时成像,能够提供肿瘤早期甚至在出现临床症状之前的潜伏期病变的生物信息,表 1.1 列出了以上成像模式各自的优势、缺点及临床应用。US 是一种无创、廉价、方便快捷的成像方式,可以用于实时成像[7-8],然而,由于超声成像的分辨率比较低,气体和骨骼对超声波的干扰较大,对于含气脏器和被骨组织遮挡的脏器显像比较困难,而且超声诊断的准确性需要依赖于操作医生技术的熟练程度和操作经验,致使超声成像的临床应用受到一定的限制。CT 是通过计算机程序对不同角度的拍摄的 X 线图像进行分析处理得出的图像[5, 7, 9],虽然它具备成像速度快、空间分辨率高和组织穿透力强等诸多优点,但是 X 射线辐射是它无法回避的潜在损害[10-11]。PET 和 SPECT 都是基于放射性核素和 X 射线的成像技术[5, 7, 12-13],只是它们应用的放射性核素和探测系统不同[12-13]。虽然 PET 和 SPECT 成像都具备极高的敏感性,可以用于肿瘤的功能成像,但是电离辐射危害是它们不可避免的缺陷,而且 PET 成像的费用昂贵,SPECT 成像的空间分辨率较低。
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1.2 肿瘤的治疗方式
近几十年来,涌现出了大量的、新颖的、先进的治疗肿瘤的方式,在临床应用过程中这些治疗方式又经历着不断地变革与更新。常见的肿瘤治疗方式包括手术治疗、化学药物治疗、放射治疗、介入治疗、基因治疗、光动力治疗、光热治疗等。化疗是临床上治疗恶性肿瘤的常规疗法,通过干扰细胞分裂、DNA 复制及转录等过程杀灭肿瘤细胞。化疗药物包括细胞毒性抗生素(如阿霉素、表柔比星、柔红霉素等)、烷化剂(如顺铂、环磷酰胺等)、拓扑异构酶抑制剂(拓扑替康、伊立替康、喜树碱等)、抗代谢药物(如氟嘧啶、吉西他滨、甲氨蝶呤等)和多种有丝分裂抑制剂(如紫杉醇、长春新碱等)。化疗通常需要多次给药,往往会导致日益严重的全身系统毒性和多重耐药。尽管化疗已经在缓解恶性肿瘤患者的病痛和延长其寿命方面取得了一定的成效,但是由于它的非特异性药物递送,导致疗效有限,而且会造成严重的毒副作用[37-41]。
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第 2 章 Co-P@PDA-DOX 纳米诊疗剂的构建及在磁共振成像引导下的协同抗肿瘤治疗研究
 
2.1 引言
纳米技术应用于肿瘤的诊疗一体化平台受到了研究者的广泛关注。由于钴具有较高的饱和磁化强度(1422 emu cm 3)[181],可以用于 T2MR 成像,研究者们合成了很多基于铁磁性钴纳米粒子和钴的化合物的纳米复合材料应用于T2MR 成像[182-184]。Peng 课题组合成了 Co-P 纳米复合材料并进行了磁学性质的研究[179],引起了我们将其用作 MR 成像造影剂的兴趣。在研究过程中,受 Chen课题组关于 CoP 纳米材料光热性能研究的启发[177],我们发现 Co-P 纳米复合材料不仅具备磁学性质,而且在近红外光区具有较强的吸收,能够将光能转化为热能。基于 Co-P 以上两种特性,我们计划在其表面包覆具有良好生物相容性、光热转化及药物控释性能的 PDA 壳,这不仅提高了它的生物相容性,还增强了其光热转化效率,更重要的是,PDA 具有较大的表面积,不但可以作为芳香族化疗药物的载体,而且还可以利用 pH 及温度刺激控制药物释放,从而实现了可控的药物释放体系,提高治疗效果并降低毒副作用。化疗联合 PTT 协同治疗能够解决单独化疗用药剂量大和单独 PTT 疗效欠佳的问题。如图 2.1 所示,在合成 Co-P 纳米复合材料的基础上,在其表面包覆 PDA壳,通过 π-π 堆积作用将化疗药 DOX 负载于其表面,成功地构建了Co-P@PDA-DOX 纳米诊疗剂。当纳米粒子进入肿瘤细胞后,Co-P 纳米核本身的固有磁学性质和光热转化性能可以介导 T2MR 成像和 PTT,在肿瘤的酸性环境和近红外激光照射引发高温双重刺激下,DOX 得以释放并进入细胞核抑制核酸合成,从而实现 T2MR 成像引导下的化疗与 PTT 协同抗肿瘤治疗。
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2.2 材料和方法
 
2.2.1 材料
油胺(80-90%)、乙酸钴(II)四水合物(Co(ac)2·4H2O)、三苯基膦、环己烷、丙酮、乙醇、盐酸多巴胺(98%)、氨水(25%)、三(羟甲基)氨基甲烷(Tris)、水合三氯乙醛购于阿拉丁试剂公司。浓硝酸、双氧水购于北京化工厂。表面活性剂 Igepal CO-520、RPMI-1640 培养基、噻唑蓝(MTT)、二甲基亚砜(DMSO)购于西格玛奥德里奇公司。盐酸阿霉素(DOX)购于美仑生物技术有限公司。CCK-8 试剂盒购于三邦医药科技公司。磷酸缓冲盐溶液(PBS)购于 Mediatech 公司。胎牛血清、青霉素/链霉素购于 Gibco 公司。所用试剂未经过任何纯化,除特殊标记外均为分析纯,实验过程使用去离子水。
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第 3 章 Co-P@mSiO2@DOX-MnO2纳米诊疗剂的构建及在磁共振成像.............45
3.1 引言.....45
3.2 材料和方法 ............46
3.3 实验结果.......52
3.4 结果分析与讨论 ....66
3.5 本章小结.......71
第 4 章 总结与展望 ........73
4.1 总结.....73
4.2 展望.....74
 
第 3 章 Co-P@mSiO2@DOX-MnO2纳米诊疗剂的构建及在磁共振成像引导下的协同抗肿瘤治疗研究
 
3.1 引言
在之前的研究中 Co-P@PDA-DOX 纳米诊疗剂展现了出色的 T2MR 成像引导下的化疗与 PTT 协同抗肿瘤治疗效果,但是其药物释放率不是很理想。药物释放率仅为 12.17%,即便是在 pH 和温度双重刺激下也只有 31.31%。这可能是由于 DOX 与 PDA 表面接合能力强导致药物释放不彻底。由于药物释放率低,在细胞存活率分析和荷瘤小鼠抗肿瘤治疗实验中单独的化疗组都只表现出了微弱的肿瘤抑制效果。此外,Co-P@PDA-DOX 纳米诊疗剂虽然展示出了显著的T2MR 成像效果,但是每种 MR 成像模式都具有各自的优势和缺点,比如 T1MR成像在显示正常软组织的解剖结构上具备较高的分辨率;而 T2MR 成像在发现软组织的肿瘤病变或炎性病变方面表现的非常出色[16, 189],因此单一的 MR 成像模式很难满足较高的诊断要求[190-191]。为解决以上问题,我们进行了第二部分改进实验,通过查阅文献了解到介孔二氧化硅具备良好的载药能力,如果结合刺激响应的“开关”则可以控释药物的释放,从而实现“到达肿瘤之前零释放”的可控药物释放[150]。此外,介孔二氧化硅还具备良好的稳定性和生物相容性、较大的存储容积、合成方法简单廉价等优点可以用于生物医学研究。由于 MnO2纳米片在肿瘤的酸性微环境中会分解成顺磁性的 Mn2+离子,可以将其用作药物控释的开关[192],而顺磁性的 Mn2+离子又可以介导 T1MR 成像[193]。如果将 MnO2纳米片、介孔二氧化硅与 Co-P纳米粒子结合在一起,那么新的纳米复合材料将不仅能够作为 pH 响应的 T1和T2双模 MRI 造影剂,而且还能够提高按需药物释放效率。
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总结
 
本研究设计、合成了两种基于 Co-P 的纳米诊疗剂,并首次将其应用于生物医学领域研究。首先,在 Co-P 纳米复合材料表面包覆 PDA 之后载入化疗药物DOX 成功构建了 Co-P@PDA-DOX 纳米诊疗剂,通过一系列表征测试、体外性能实验及体内动物实验证明了其出色的T2MR 成像引导下的化疗与 PTT 协同抗肿瘤效果。其次,在第二部分实验中通过包覆介孔二氧化硅载入 DOX,并用MnO2作为封口剂成功构建了 Co-P@mSiO2@DOX-MnO2纳米诊疗剂,改进了第一部分实验中药物释放率低和成像模式单一的不足,展示出了更显著的 T1和T2双模 MR 成像效果和协同抗肿瘤治疗效果。与 Co-P@PDA-DOX 相比,Co-P@mSiO2@DOX-MnO2具备更高效的药物释放率、更全面的 MR 成像功能和明显缩短的照射治疗时间。两个诊疗剂均在体外实验和体内动物实验中展示出了良好的生物相容性及出色的肿瘤诊断和治疗效果,实现了肿瘤的诊断、治疗和疗效监测的同步进行,主要结论如下:#p#分页标题#e#
1. 我们构建的纳米诊疗剂具备适宜的尺寸、形貌,可以通过 EPR 效应靶向到肿瘤细胞发挥诊疗作用。
2. 通过包覆生物相容性材料使诊疗剂具备了良好生物相容性和较低的生物毒性,这是纳米材料应用于生物医学领域的基础,从而使得纳米材料优异的集成多功能属性得以在肿瘤的诊疗研究中发挥作用。
3. MR 成像引导下的肿瘤治疗实现了肿瘤诊断与治疗的同步进行,避免了多次给药造成的毒副作用,解决了诊断剂与治疗剂分开递送造成的选择性和生物分布不同的问题。极高的弛豫效能值确保了显著的成像效果,为肿瘤的诊断提供了更加全面和准确的信息,实时的疗效监测能够为治疗方案的调整和优化提供参考依据。
4. 刺激响应的化疗与 PTT 协同抗肿瘤治疗达成了肿瘤的靶向治疗,避免了对正常组织的损伤,极大地提高了治疗效率,减低了给药剂量,同时解决了化疗效果差、毒副作用明显以及肿瘤耐药等问题。
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参考文献(略)
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