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新型二氧化锰纳米粒子诱导肿瘤相关巨噬细胞表型变化及改善肿瘤乏氧以增强化疗疗效的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 肿瘤微环境概述

1.1.2 肿瘤相关巨噬细胞

1.1.3 肿瘤耐药机制

1.1.4 磁共振增强造影剂现状

1.2 本课题设计思路

第二章 Man-HA-MnO2纳米粒子的制备和表征

2.1 实验仪器与材料

2.2 实验方法

2.3 纳米粒子的制备与表征结果

2.3.1 Man-HA-MnO2纳米粒子的制备

2.3.2 Man-HA-MnO2纳米粒子的裹征

2.4 本章小结

第三章 Man-HA-MnO2纳米粒子靶向性和生物分布研究

3.1 实验仪器与材料

3.2 实验方法

3.3 纳米粒子靶向性和生物分布结果

3.3.1 Man-HA-MnO2纳米粒子的细胞毒性实验分析

3.3.2 Man-HA-MnO2纳米粒子的靶向性分析

3.3.3 Man-HA-MnO2纳米粒子的生物分布规律分析

3.4 本章小结

第四章 Man-HA-MnO2纳米粒子响应特性分析

4.1 实验仪器与材料

4.2 实验方法

4.3 纳米粒子响应特性分析结果

4.3.1 Man-HA-MnO2纳米粒子体外响应特性分析

4.3.2 Man-HA-MnO2纳米粒子体外样品磁共振特性增强分析

4.3.3 Man-HA-MnO2纳米粒子在细胞水平的响应特性分析

4.3.4 Man-HA-MnO2纳米粒子细胞水平磁共振特性增强分析

4.3.5 Man-HA-MnO2纳米粒子动物水平磁共振特性增强分析

4.3.6 Man-HA-MnO2纳米粒子改善肿瘤组织乏氧状况分析

4.4 本章小结

第五章 Man-HA-MnO2纳米粒子对肿瘤相关巨噬细胞表型转化作用的研究

5.1 实验仪器与材料

5.2 实验方法

5.3 纳米粒子诱导肿瘤相关巨噬细胞表型转化结果

5.3.1 Man-HA-MnO2纳米粒子诱导M2型巨噬细胞表型转化为M1型巨噬细胞

5.3.2 Man-HA-MnO2纳米粒子诱导肿瘤相关巨噬细胞表型转化为M1型巨噬细胞

5.3.3 Man-HA-MnO2纳米粒子诱导肿瘤组织中肿瘤相关巨噬细胞表型转化

5.4 本章小结

第六章 Man-HA-MnO2纳米粒子增强肿瘤化疗效果

6.1 实验仪器与材料

6.2 实验方法

6.3 纳米粒子增强肿瘤化疗效果

6.3.1 Man-HA-MnO2纳米粒子增强肿瘤化疗效果

6.3.2 Man-HA-MnO2纳米粒子改善肿瘤乏氧状况的免疫荧光染色实验分析

6.3.3 Man-HA-MnO2纳米粒子增强化疗效果特性的细胞实验研究

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

附录

参考文献

致谢

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摘要

缺血乏氧是肿瘤微环境的重要特征之一,肿瘤的缺血乏氧不仅促进了肿瘤细胞的侵袭转移,同时还增强肿瘤对化疗药物的耐药性。肿瘤相关巨噬细胞(Tumor-associated macrophages,TAMs)浸润在肿瘤微环境之中,通常在肿瘤缺血乏氧区域富集。肿瘤相关巨噬细胞作为肿瘤微环境的重要功能细胞,其在肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移、化疗耐药等肿瘤进展的各个阶段均发挥着重要作用。鉴于此,我们提出一种新型的肿瘤治疗策略,以期改变肿瘤微环境的同时,增强实体瘤对化学治疗的疗效。我们利用肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤缺血乏氧区域富集的特点,设计合成多功能甘露糖-透明质酸-二氧化锰纳米粒子(Man-HA-MnO2NPs),其通过靶向肿瘤相关巨噬细胞,将Man-HA-MnO2纳米粒子靶向递送到肿瘤缺血乏氧区域,利用Man-HA-MnO2纳米粒子与双氧水(Hydrogen peroxide,H2O2)高效响应生成氧气(O2)和调节肿瘤微环境pH值的能力,显著改善肿瘤乏氧和酸性微环境。另外,我们发现在MnO2纳米粒子上修饰的透明质酸(HA),具有诱导肿瘤相关巨噬细胞表型转化的功能,HA可以诱导肿瘤相关巨噬细胞表型由抑制炎症辅助肿瘤恶化的M2型巨噬细胞转化为具有致炎和肿瘤杀伤抑制功能的M1型巨噬细胞。表型转化后的M1型巨噬细胞释放出大量H2O2,不仅对肿瘤有杀伤作用,而且在肿瘤缺血乏氧的酸性环境下与Man-HA-MnO2纳米粒子快速响应释放出大量O2,有效缓解肿瘤的乏氧状态,同时消耗H+,改善肿瘤组织的酸性微环境。结果显示通过改善肿瘤的微环境,肿瘤缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)和血管内皮生长因子(VEGF)表达下调,肿瘤的生长和发展被有效抑制。并且这种肿瘤给氧治疗的方法还可以显著提高肿瘤化疗的疗效。研究发现,与单纯采用阿霉素(Dox)进行化疗相比,荷瘤小鼠尾静脉注射Man-HA-MnO2纳米粒子后,辅助采用Dox进行化疗,可以显著减小肿瘤体积及提高其ADC值。同时,Man-HA-MnO2纳米粒子可以作为一种智能磁共振分子影像探针,对肿瘤进行定位和诊断。磁共振低信号的Man-HA-MnO2纳米粒子,在肿瘤组织的缺血乏氧区域与内源性H2O2响应后,释放Mn2+,特定部位反应为具有磁共振增强作用的Mn2+,显著提高肿瘤纵向弛豫率r1和横向弛豫率r2,增强肿瘤部位的T1、T2加权磁共振成像效果。

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