化学发光激发型一氧化氮纳米载体的构建及其靶向性细胞毒性的研究

Endogenous nitric oxide (NO) exhibits multiple biological effects in inflammation, immune responses, and cytotoxicity, etc. The recently established antibacterial and tumoricidal effects of NO spurred extensive investigations in NO-releasing drugs. However, site-directed delivery of high levels NO in biological systems is limited by the lack of controlled release and low tissue specificity of existing NO donors. Herein we propose the construction of multifunctional polymeric nanoparticles poised to release NO upon light illumination with surface-displayed multivalent mannose moieties which effectively bind cells surface lectins. To overcome the limited penetration of exogenous light into biological tissues, chemo-luminescence generated in biological settings would be employed to trigger NO release from the titled nano-carriers where NO formed in-situ will be used against bacterial invasion and killing of cancer cells. The influence of chemo-luminescence on NO-release profiles and the bactericidal and tumoricidal effects of NO released will be systematically analyzed by confocal fluorescence microscopy and flow cytometry. Additionally the lectin-dependant binding of cells or bacteria with the nanocarrier of NO and subsequent internalization of surface bound nano-carriers into cells will be imaged to optimize the cytotoxicity of the as-prepared NO-carrier. A targetable system that could effectively release NO upon chemo-luminescence generated in vivo will be of significant biomedical applications.

内源性NO具有参与免疫反应和抗肿瘤等多重生物学功效。基于NO的抑菌和抗癌作用，NO供体药物的研究近来得到越来越多的关注。然而，现有的NO供体因为缺乏可控释放和特异性识别的能力，很难将高浓度的NO运输到靶细胞从而实现抑菌或癌症治疗的功能。本课题拟构建包含多价靶向分子的NO纳米载体，采用生物相容的化学发光激发载体上高含量的NO供体，释放出NO，用于抑制耐药细菌和杀死癌细胞。该原位激发方式不仅能够实现NO的可控性释放，而且克服了外加光源难于穿透深层生物组织的局限。本课题着重于对新型多功能NO 纳米载体的构建，对溶液中和细胞内化学发光激发的NO释放进行表征，以及靶向性细胞毒性的分析。该课题是对发展化学发光激发的新型NO纳米载体，也是对其作为相关治疗药物的前期研究。

NO协助免疫系统破坏癌细胞和胞内病原体(病毒和细菌) ；高浓度NO还具有显著的抗癌作用。 目前NO供体均可自身降解释放NO，导致可控性低。化学发光体系提供简单而非侵害性的的供光方式，具有更好的生物相容性； 课题拟在化学发光的基础上，结合释放可控的、靶向性的新型NO供体。.我们以高化学稳定性，光激发型NO供体TFNA为母体，合成了 一系列高稳定性的、光引发型NO供体，实现了课题的发展波长更加适用于生物体系的新型NO给体的设想。 在确定了所合成的化合物具有红移的波长以后，我们测试了这些化合物在紫外波长激发条件下的NO，释放效率。 研究发现当TFNA被乙酰化以后，其在紫外光照射下释放NO的效率提高，说明降低TFNA的氨基给电子能力，有助于其释放NO。在以上的研究基础上，我们合成了内部包埋在紫外光激发条件下可释放NO的TFNA的、外部连接单糖的高分子纳米胶束。尝试在紫外光激发下，在小鼠体内抑制肿瘤的生长的可行性。我们出乎意料发现肿瘤细胞（B16F10)经过紫外光照射后生长急剧加速。与高分子的存在没有关系。 探索了能够被近红外光激发释放NO的分子或材料体系用于抑制肿瘤的生长，以及检查细胞内吞细菌的过程中NO释放的检查与定量。课题急需一种用于跟踪细胞内细菌位置的新方法，用于确定NO释放材料对细菌的靶向，以及杀死。为此，我们合成了对溶酶体酸度敏感的，便于跟踪其酸性变化的，基于罗丹明ROX的信号触发的小分子探针，通过将其连接在靶向在D-Lysine上，实现了不同细菌的细胞壁的共价键标记。 细菌被免疫细胞吞噬后，连接在细胞壁上的探针在phagolysosome酸性环境下产生荧光，实现了phagocytosis 过程的时间-空间分辨成像。该方法便于免疫细胞与致病菌的研究。与文献方法相比，该方法可以用于标记不同细菌；细菌外膜的结构对免疫反应有重要影响。我们的方法标通过共价键记细菌细胞壁，不影响细菌外膜的结构，便于免疫细胞与致病菌的研究；该方法便于区分被免疫细胞吞噬的细菌（产生荧光）与细胞外的细菌（没有荧光）。总之，我们探索了NO释放抑制肿瘤生长；也使得我们探索了细胞内部器官器定位的NO释放，用于探索NO对特定细胞区域的性能的影响。