多功能纳米材料的合成及其用于细胞成像与同步治疗的研究

纳米材料提供了一个坚实的支架，使得两种或多种组分能够被组合起来以提供具有协同作用的多功能纳米医药平台。这些多功能纳米材料有望在实现药物靶向输送的同时监测受体对药物治疗的响应，从而为疾病的治疗提供非常重要而及时的反馈。本项目提出设计和组装一种基于荧光共振能量转移的多功能纳米材料以实现细胞成像和同步治疗的同时，监测细胞对药物治疗的响应。多功能纳米材料由二氧化硅纳米粒子和金纳米粒子组装而成。将能够识别癌细胞的生物分子修饰到同时充当荧光猝灭剂和光热转换器的金纳米粒子上，而与其互补的生物分子则被修饰到充当荧光成像组件的二氧化硅纳米粒子上，利用互补生物分子对之间的高亲和力从而将二氧化硅纳米粒子和金纳米粒子组装成多功能纳米材料。肝癌细胞（HepG2）模型将被用来评估多功能纳米粒子的生物医学性能。将诊断功能和治疗功能整合在单一系统内是目前纳米医学发展的重要方向，也将为未来个性化医药的应用提供一个新的工具。

本项目以设计和组装一种基于荧光共振能量转移的多功能纳米复合材料，使之在实现细胞成像和同步治疗的同时监测细胞对药物治疗的响应为目标。项目组首先建立了金纳米粒子和二氧化硅荧光纳米粒子稳定可重现的表面修饰方法，研究金纳米粒子作为光热治疗组件功效，考察了金纳米粒子的尺寸和形状对光热转换效率的影响，并利用硅化学将磁性Fe3O4纳米粒子和联吡啶钌共同包埋于硅纳米球内，而修饰抗体于纳米硅球表面制备出多功能纳米粒子，成功实现了HepG2细胞的靶向识别、荧光和磁共振双模态成像。其次，项目组建立组装异质多功能纳米材料稳定可重现的方法。利用生物桥联分子如多肽、化学桥联分子如双硫键以及物理方法如静电吸附等，实现了异质多功能纳米材料稳定可重现的组装，并由此建立了基于共振荧光能量转移的、稳定的光学传感系统，分别实现了对复杂生物样本中caspase-3和GSH的特异性检测，检测限分别低至6 pM和50 nM。最后，以人肝细胞性肝癌细胞株Bel-7404、人急性淋巴白血病细胞CCRF-CEM、人肺腺癌细胞A549为目标，项目组建立了稳定和生物相容的纳米医药平台，并将其运用于体外进行癌细胞的识别、药物的靶向输送，并实时监测药物治疗的响应。例如，将能特异性识别人肝细胞性肝癌细胞株Bel-7404的核酸适配体修饰于金纳米粒子上，而将与之互补的配对的DNA序列修饰于二氧化硅荧光纳米粒子上，利用互补DNA链之间的高亲和力从而将二氧化硅纳米粒子和金纳米粒子成功组装成多功能纳米复合物，荧光显微镜观察显示组装的多功能纳米材料能特异性地识别出Bel-7404细胞；用近红外光照射有多功能纳米粒子的Bel-7404细胞，共聚焦荧光显微镜观察显示二氧化硅纳米粒子的荧光能够监测到金纳米粒子成功杀死细胞。此外，项目组还构建了具有优秀的水溶性、生物相容性和细胞膜穿透性的可用于细胞内锌离子成像的高灵敏荧光纳米探针。项目研究成果在国际核心科技期刊上发表论文发表SCI论文10篇（全部发表在影响因子大于3.0的期刊，其中影响因子大于6.0有5篇），研究过程中开发的多功能纳米材料已提交专利申请3项，并培养了3名研究和创新能力较强的博士和硕士，项目负责人也于2012年成为广东省高等学校“千百十工程”校级培养对象，并于2013年入选广州市“珠江科技新星”计划。综上所述，项目研究内容按计划均已顺利完成，达到了任务书要求的各项指标，成果显著。