自发光磁性纳米颗粒靶向肝癌的光动力学治疗和磁流体热疗研究

The multi-functionalized magnetic quantum dots nanoparticles (C225-Fe3O4@SiO2@Qdots/PS) will be prepared and act as gene carriers to deliver the hepatoma-specific expressing luciferase into hepatocellular carcinoma cells. For quantum dots can be excited by unbound bioluminescence, the luciferase gene-loaded magnetic quantum dots thus act as hepatoma specific self-illuminating nanoparticles. Using the self-illuminating nanoparticles as donors and potosensitizers (PS) as the receptor in a FRET (fluorescence resonance energy transfer) system, the PS could be excited and photodynamic therapy (PDT) effects were generated. Meanwhile the magnetic quantum dos could magnetic-inducing heating and kill the cancer cells when exposed to an altering magnetic field (AMF), which could increase the oxygen in tumor microenvironment and achieve the synergistic effect when combined with PDT. The epidermal growth factor receptor mono clone anatibody-C225 on the surface of the nanoparticles will inhibit the proliferation and metastasis of tumor cells, and proved more targeting for tumoricidal effects. The multifunctional system has perspective in hepatocellular carcinoma targeted and multi-modes treatment.

目前对晚期肝细胞癌患者缺乏有效的治疗手段，纳米生物技术在肿瘤的诊断治疗研究中显示出良好的应用前景。本课题拟构建一种多功能的磁性量子点纳米颗粒（C225-Fe3O4@SiO2@Qdots/PS），以其作为载体将肝癌特异性表达荧光素酶基因转染细胞后，量子点能被非结合的生物发光激发， 所以携带荧光素酶基因的磁性量子点可以作为一种肝癌特异性的自发光纳米颗粒，用这种自发光纳米颗粒作为能量的供体，在满足能量共振转移的条件下可以激发作为受体的光敏剂，从而对肝癌细胞进行靶向自发光光动力学治疗。同时磁性纳米颗粒具有磁响应性，可在交变磁场中对肝癌细胞进行磁流体热疗，改善肿瘤局部乏氧状态从而提高光动力学的疗效，二者联合治疗具有协同作用。纳米颗粒表面修饰的西妥昔单抗C225能竞争性结合肿瘤表面的EGFR，抑制肿瘤增殖转移、诱导细胞凋亡，并进一步增加治疗的靶向性。本系统为探索靶向性、多模式肿瘤治疗提供新思路。

在国家自然科学基金委的资助下，本课题组成功构建了多功能载基因磁性量子点纳米颗粒（pAFP-luc/Fe3O4@SiO2@Qdots/PS），并对其进行了全面表征，生物相容性评价显示暴露于浓度为400μg/ml 的Fe3O4@SiO2@Qdots/PS 的L929细胞相对增殖率没有显著影响，溶血率最高2.78%，符合医用材料要求，小鼠急性毒性试验未显示出明显的器官毒性。Fe3O4@SiO2@Qdots/PS携带肝癌细胞特异性基因pAFP-luc转染细胞以后，细胞内特异性表达的生物发光信号可激发Fe3O4@SiO2@Qdots/PS纳米颗粒中的光敏剂，产生大量活性氧簇，细胞内还原型谷胱甘肽被消耗，细胞发生凋亡。pAFP-luc/Fe3O4@SiO2@Qdots/PS经尾静脉注入肝细胞癌荷瘤小鼠体内之后，荧光成像分析显示载基因磁性量子点迅速分布全身，并可逐渐在肿瘤部位浓集。小动物活体生物发光成像显示，移植瘤内表现出较强的自发光信号，并且自发光信号最大发射波长红移至量子点发射峰值630nm左右，以“非结合的生物发光激发荧光方式”激发Fe3O4@SiO2@Qdots/PS纳米粒中的量子点；对荷瘤小鼠进行4周观察，移植瘤体积增长速度下降，亚细胞结构分析显示，肿瘤细胞胞浆内产生大量空泡，出现染色质浓集边聚，凋亡小体产生，结果显示载基因磁性量子点pAFP-luc/Fe3O4@SiO2@Qdots/PS可介导荷瘤小鼠特异性光动力学治疗作用，并能同时在交变磁场中产生升温效应，实现靶向PDT联合磁流体热疗的协同治疗作用。本研究从基础理论层面证明了利用自发光细胞内照射进行肿瘤细胞PDT治疗的可能性。但由于纳米材料本身的毒性，制约了载基因磁性量子点pAFP-luc/Fe3O4@SiO2@Qdots/PS在临床应用的可能性，我们将在后续工作中积极探索，寻找高效低毒的材料，改变材料构型，为推进其临床应用继续努力工作。