单壁碳纳米管的毒性和靶向送药研究-化学工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位时出:种什 日期:只15 年 2 月 J-6 日 上海交 上海交通大学硕士学位论文 单壁碳纳米管的毒性和靶向送药研究 摘 要 由于单壁碳纳米管(Single walled carbon nanotubes, SWNTs)具有很强的透过 细胞膜的能力、对一些抗肿瘤药物分子有高载药率和 pH 控释能力、易被修饰等 突出优点，已成为纳米药物载体领域的研究热点。然而目前 SWNTs 毒性检测的 统一标准尚未建立，SWNTs 的毒性研究结果也存在争议和矛盾，影响了 SWNTs 的生物应用。另外，系统研究 SWNTs 表面性能与其生物毒性的规律对 SWNTs 的生物应用具有重要指导作用，在此基础上进一步构筑高效低毒的碳纳米管基靶 向送药系统也具有重要的潜在医学价值。 本论文首先系统比较了几种常见市售细胞存活率检测试剂盒对 SWNTs 毒性 的测量结果，尝试建立 SWNTs 的毒性检测的标准方法。然后制备出一系列生物 分子功能化的 SWNTs 并系统研究 SWNTs 表面性能与细胞毒性的关系。在此基 础上，构建了一类高效低毒的碳纳米管送药系统。具体为： (1) 分别采用 MTT、WST-1 和 CCK 三种试剂盒测量市售 SWNTs、纯化的 SWNTs 和截短纯化的 SWNTs 对 HeLa 细胞系的细胞毒性，发现 MTT 测试会产 生假阳性结果，而 WST-1 测试最适合作为细胞存活率检测的方法。用活性氧含 量(Reactive oxygen species，ROS)，乳酸脱氢酶含量(Lactate dehydrogenase，LDH) 测试进一步分析表明，提纯和截短是 SWNTs 用于药物载体前的必须处理过程。 (2) 采用直链淀粉(Amylose，AMY)、海藻酸钠(Alginate sodium，ALG)、聚 乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)和壳聚糖(Chitosan，CHI)四种廉价易得的生物 大分子对 SWNTs 进行修饰。AMY 和 PEG 分子链上只带有醚键和羟基，而 CHI 和 ALG 分子链上还分别带有氨基和羧基。醚键和羟基有很好的细胞相容性，而 大量的氨基和羧基可以产生细胞毒性。另外，带有正电荷的 CHI/SWNTs 更易于 同负电性的细胞膜相互作用而破坏细胞膜，在高浓度时表现出较强的细胞毒性； 而负电性的 ALG/SWNTs 对细胞膜破坏较小，其表面羧基虽然能诱发细胞内的 ROS 增加，但难以进入细胞，因此也表现出了较小的细胞毒性。 (3) 将叶酸(Folic acid, FA)靶向分子接到廉价的羟基封端的 PEG 上，然后用 2 PEG-FA 直接物理包覆 SWNTs，利用 SWNTs 上没有被 PEG 覆盖的疏水表面吸 附抗癌药物阿霉素(DOX)，从而构建出具有靶向效果的碳纳米管载药体系。载药 体系有很高的载药率，药物释放具有 pH 响应特性。送药体系对 HeLa 肿瘤细胞 具有很强的致毒作用，而对正常细胞 3T3 细胞系没有明显毒性。通过主动运输 抑制和受体抑制实验确定送药体系进入并杀死 HeLa 细胞的过程为：通过叶酸分 子先与细胞表面的叶酸受体结合，然后通过网格蛋白介导的内吞过程进入细胞溶 酶体，在溶酶体弱酸性条件下快速释放 DOX，DOX 扩散进入细胞核并插入 DNA， 抑制细胞的增殖。 关键词：单壁碳纳米管，细胞毒性，聚乙二醇，阿霉素，叶酸，给药体系 3 THE CYTOTOXICITY AND TARGETED DRUG DELIVERY PROPERTY OF SINGLE WALLED CARBON NANOTUBES ABSTRACT Single walled carbon nanotubes (SWNTs) are emerging as one of the most promising drug carriers for cancer chemotherapy due to their possible advantages over the clinically available spherical nanoparticles, including remarkable cell membrane penetrability, high drug-carrying capacities, pH-dependent th