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NTR荧光探针介导的ZIF-8药物载体的制备及其肿瘤细胞成像与细胞毒性研究

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目录

主要缩略词

1 绪 论

1.1 课题提出背景

1.2 肿瘤缺氧及硝基还原酶(Nitroreductase, NTR)的相关研究进展

1.2.1 肿瘤缺氧及 NTR的概述

1.2.2 肿瘤缺氧与 NTR检测的方法

1.2.3 荧光光谱分析法检测 NTR的研究现状

1.3 金属-有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)研究进展

1.3.1 金属-有机框架在载药系统领域的研究应用

1.3.2 金属-有机框架在荧光光谱检测领域中的应用研究

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

2 2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸荧光探针检测NTR的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要实验试剂与仪器

2.2.2 2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸的合成与纯化

2.2.3 探针的结构与光学性质表征

2.2.4 荧光探针检测 NTR

2.2.5 酶抑制实验

2.2.6 最适反应条件的探究

2.2.7 选择性和稳定性实验

2.3.1 荧光探针的表征

2.3.2 NTR检测可行性研究及酶抑制实验

2.3.3 荧光探针检测 NTR的条件优化

2.3.4 荧光探针对 NTR的检测性能研究

2.3.5 选择性与稳定性研究

2.4 本章小结

3 2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸修饰的ZIF-8 复合探针检测NTR的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要实验试剂与仪器

3.2.2 DOX@ZIF/SiO2-Probe的制备

3.2.3 材料表征

3.2.4 DOX@ZIF/SiO2-Probe检测 NTR

3.2.5 酶抑制实验

3.2.6 最适反应条件的探究

3.2.7 选择性和稳定性实验

3.3.1 材料表征

3.3.2 NTR检测的可行性研究及酶抑制实验

3.3.3 检测条件的优化

3.3.4 DOX@ZIF/SiO2-Probe检测 NTR的范围

3.3.5 选择性与稳定性研究

3.4 本章小结

4 DOX@ZIF/SiO2-Probe复合探针在肿瘤细胞中的定位及毒性研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要实验试剂与仪器

4.2.1 DOX@ZIF-8和 DOX@ZIF/SiO2-NH2的药物释放实验

4.2.2 细胞实验

4.3.1 DOX@ZIF-8和 DOX@ZIF/SiO2-NH2药物释放实验

4.3.2 细胞毒性实验

4.3.3 细胞成像研究

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士期间研究成果

B. 学位论文数据集

致谢

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摘要

缺氧是实体肿瘤的普遍特点,会促使异常血管的生成,进而加快肿瘤的生长、转移,甚至是对化疗药物产生耐药等不良影响。缺氧的肿瘤细胞内会过表达许多还原酶类,其中最为典型的是硝基还原酶(Nitroreductase,NTR)。通过检测NTR活性来定位肿瘤细胞和监测肿瘤缺氧状态,对肿瘤的诊断与治疗具有重要的研究意义。随着研究的不断深入,单一功能的示踪材料越来越不能满足研究和实际应用,因此开发诊疗一体,甚至是集多功能于一体的纳米材料,具有非常重要的价值。本论文首次设计并制备了同时具有检测NTR、定位肿瘤细胞及药物运输释放的多功能金属-有机框架(Metal organic frameworks,MOFs)复合药物载体的荧光探针,为肿瘤缺氧监测与治疗提供新的方法与思路。主要工作内容如下:  ①合成2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸荧光探针并用于NTR的检测  根据文献合成了2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸荧光探针,并采用核磁共振氢谱仪(Hydrogen nuclear magnetic resonance,1H-NMR)、傅立叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrum,FT-IR)、紫外-可见分光光度计(UV-visible spectrophotometer,UV-vis)和荧光分光光度计对其光学性质和结构进行表征。为了探究荧光探针检测NTR的最适反应条件,对溶液pH值和检测反应时间进行了优化。在优化条件下,荧光探针定量检测NTR的线性范围为1.2~15.0μg/mL,理论检测限(LOD=3N/S)为260ng/mL,且该荧光探针表现出良好的选择性及稳定性。  ②合成基于2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸荧光探针的DOX@ZIF/SiO2-Probe复合荧光探针并用于NTR的检测  先将化学药物阿霉素(Doxorubicin,DOX)原位包封在沸石咪唑酯框架材料(Zeolitic imidazolate framework-8,ZIF-8)中得到DOX@ZIF-8,再包覆氨基化的SiO2膜,最后在其表面修饰固定上2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸荧光探针,得到尺寸约300nm左右的DOX@ZIF/SiO2-Probe复合探针。利用FT-IR、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)对合成材料进行表征。通过优化检测条件,得到最终的反应时间为30min,溶液pH值为7。该复合探针检测NTR的线性范围为0.1~5.0μg/mL,理论检测限(LOD=3N/S)为60ng/mL,且该复合探针表现出良好的选择性及稳定性。  ③DOX@ZIF/SiO2-Probe复合荧光探针在肿瘤细胞中成像及毒性研究  ZIF-8是一种良好的酸刺激响应药物释放载体,因此首先研究了DOX@ZIF/SiO2-NH2和DOX@ZIF-8在pH=5的醋酸钠缓冲溶液中的药物释放情况。结果表明,DOX@ZIF/SiO2-NH235小时药物释放率累计达65%,而DOX@ZIF-8药物释放率为78%,表明二氧化硅膜可能在一定程度上能减少DOX的释放,从而延长药物释放时间。细胞毒性实验中,当2-(5-氟-2-硝基苯基)苯并恶唑-5-羧酸荧光探针浓度≤30μg/mL时,其对非小细胞肺癌细胞(A549细胞)和人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC细胞)的细胞毒性作用不明显;当ZIF/SiO2-Probe的浓度≤10μg/mL时,对HUVEC和A549细胞的毒性作用也不显著,表明在此浓度范围内该探针材料具有较好的生物相容性。当DOX@ZIF/SiO2-Probe复合探针浓度为10μg/mL时,对HUVEC的毒性不显著,而对A549细胞毒性明显,其细胞存活率为68%,表明该材料在此浓度下对A549细胞有较大杀伤作用。此外DOX@ZIF/SiO2-Probe复合探针在肿瘤细胞中的成像定位应用,可为今后监测癌细胞缺氧状态提供参考。

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