纳米金和钆掺杂氧化锌量子点纳米载体改善化疗效果

摘要

在过去二十年里，纳米技术因其覆盖了多学科领域并且具有改变世界的巨大潜力，对人类的生活产生了巨大影响。纳米技术是当今世界研究热点之一, 在人类日常生活的各个领域都有广泛的应用。大量纳米结构的合成推动了多科学领域的进一步深化研究，这些研究领域包括但不限于半导体器件、传感、太阳能电池、生物医学和纳米药物。尽管已经合成了许多在电子器件制造方面有潜在应用前景的纳米结构，但是在健康医疗方面，纳米颗粒（NPs）仍然面临大量的挑战，例如高毒性等。此外，纳米颗粒（NPs）在细胞或组织内的积聚也是一个有待解决的问题。为此人们开展了复合的纳米颗粒研究，复合纳米颗粒可以同时执行多个任务,在化学分析、催化、储能和药物等领域具有广阔的前景。例如, 在医学中, 复合纳米颗粒可以同时作为药物载体和诊断探针。 在传统的药物输送系统中,采用口服、静脉注射或通过皮肤吸收等模式给药。这些方法都具有血药浓度高、载药/释药能力差、靶点选择性差等缺点，具有长效副作用，危害人类健康。另一方面，慢性疾病如癌症严重威胁着生命，但其治疗在发展中国家和发达国家都仍然存在很多问题，例如肿瘤和癌症治疗专家在癌症诊断和治疗时会遇到多药耐药（MDR）限制化疗效果等多种复杂情况。为了解决以上问题，本论文致力于设计一种基于无毒和优良生物相容性复合纳米颗粒的先进药物传递系统（DDS），研究了具有高载药量/释放量能力的复合纳米颗粒的合成方法，研究结果可用于多种疾病的成像和诊断，在卫生健康领域具有重要的意义，无毒环保，具有生物相容性。 在纳米医学领域，金纳米粒子（AuNPs）和氧化锌量子点（ZnO QDs）由于其先进的性能作为无毒的药物载体是非常有意义的，如具有很大的比表面积，和通过表面化学修饰其电荷，亲水性和功能性的可能性。迄今为止，各种生物相容性聚合物已被用于表面修饰的NPs，以提高其稳定性，有效载荷能力和细胞摄取。本文首先通过一个简单经济有效的方法合成了金纳米粒子（AuNPs）和氧化锌量子点（ZnO QDs），接着用合适的治疗药剂修饰制备好的样品，设计药物输送系统。 其次，本论文对复合纳米颗粒进行了完整的物理化学表征，得到了本论文重要的研究成果。这包括显微镜，光谱以及热学和电化学表征，此外还进行了生物学研究，例如HeLa癌细胞的体外测试。第三，本论文给出了一种简便的一步法合成稳定负载两种抗癌治疗剂（硼霉素、多柔比星）金纳米颗粒的方法，在HeLa细胞中证实了该金纳米颗粒的抗癌活性，细胞毒性，摄取和细胞内定位。 研究表明由于纳米级给药系统对HeLa细胞的主动靶向作用，显著降低体循环的药物浓度，降低全身毒副作用，延长有效药物浓度时间，使得该纳米药物的治疗效果得到显著增强。 最后，我们使用掺杂钆（Gd）的ZnO形成Gd @ ZnO量子点，并进一步与抗癌药物偶联以形成新的药物输送平台。 这种纳米平台中的量子点具有超小尺寸（约3nm），并且在体外模型中显示出较低的毒性，较好的治疗效果和优异的药物释放特征。 聚乙二醇（PEG）和透明质酸（HA）用于精确地与高表达的肿瘤标志物CD44结合，DOX是一种典型的抗癌药物，可用于Gd @ ZnO量子点的表面修饰，通过引入共价相互作用将其加载到Gd @ ZnO量子点上。在药物输送的过程中，该纳米平台还可以同时用作标记和磁共振成像（MRI）中的双功能探针，这些纳米量子点进入体内后，不管是作为药物载体或是MRI应用，都可以用医学成像工具进行监控。这些结果为复合纳米颗粒辅助化疗的进一步进展提供了理论依据，给出了使用两种药物以优化的有效浓度通过不同机制发挥作用，从而降低癌症耐药性发展的可能性，研究表明该复合纳米颗粒具有长效靶向精准抗肿瘤作用, 为临床应用的安全性评价奠定了实验基础。

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