基于MFH和靶向survivin基因的siRNA/As2O3磁性纳米脂质体的制备及介入治疗肝癌的研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liulangdetianya
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目的:①研究用于肿瘤磁流体热疗的纳米级Mn0.5Zn0.5Fe2O4磁性纳米粒子的制备及特征检测。②研究As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O4纳米材料的制备工艺及聚乙烯亚胺(polyethyleneimine,PEI)在其表面的修饰,制备出一将来可用于热疗、化疗、基因治疗多重抗肿瘤作用的复合纳米材料。③构建survivin-shRNA载体,并将载体进行扩增和鉴定。通过转染HepG-2细胞,RT-PCR法检测survivinmRNA水平来测定其基因沉默的效率。④制备siRNA/As2O3磁性纳米脂质体,通过体外细胞实验和体内动物治疗实验来研究Mn0.5Zn0.5Fe2O4热疗,As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O4热化疗及siRNA/As2O3磁性纳米脂质体联合治疗肝癌的作用。  方法:①采用改良的化学共沉淀法制备Mn0.5Zn0.5Fe2O4磁性纳米粒子。利用透射电镜(transmissionelectronmicroscope,TEM),扫描电镜(scanningelectronmicroscope,SEM),X射线衍射分析(x-raydiffraction,XRD),能谱仪(energydispersivespectrometer,EDS)对其形貌、物象、成份、磁性能及居里温度等进行分析表征,并在高频交变磁场(altematingmagneticfield,AMF)下检测其升温情况。MTT实验评价其体外细胞毒性。②采用超微粒子催化剂的制备方法—浸渍法来制备As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O4磁性纳米材料,再在其表面进行PEI修饰。采用TEM、SEM、EDS、傅立叶红外光谱分析(Fouriertransforminfraredspectroscopy,FTIR)研究其表面特征。AMF下进行体外磁感应升温,观察PEI和As2O3在Mn0.5Zn0.5Fe2O4表面的吸附和修饰对其磁感应升温能力有无影响。琼脂糖凝胶电泳检测磁性粒子As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O4与DNA结合情况,体外转染pEGFP质粒至肝癌细胞对其转染能力进行表征。③从GeneBank中检索人survivin基因全长mRNA序列(GeneBank序列号:NM-001168),并参考文献发表的有效序列,筛选出4条survivinsiRNA靶序列,并构建survivin-shRNA表达载体(短发夹RNA表达载体,可在细胞内由Dicer酶切割后得到siRNA),分别命名为1-4号,使用的载体为:pGPU6/GFP/Neo。使用PromegaPureYieldTMPlasmidMaxiprepSystemKit扩增survivin-shRNA表达载体。使用LipofectamineTM2000转染试剂,转染survivin-shRNA表达载体至HepG-2细胞,转染24小时和48小时后,用倒置荧光显微镜进行观察,拍照。转染48小时后收集细胞,用RT-PCR方法检测HepG-2细胞survivin-mRNA表达情况,筛选出基因沉默效率最高的一条surviVin—shRNA,用于进一步实验。④制备siRNA/As2O3磁性纳米脂质体。体外培养人肝癌HepG2细胞,各组细胞处理后通过MTT法检测细胞增值率,流式细胞仪测定细胞凋亡率。分组如下:空白对照组(RPMI1640培养液)、Mn0.5Zn0.5Fe2O4非热疗组、Mn0.5Zn0.5Fe2O热疗组、As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O热疗组、siRNA/As2O3磁性纳米脂质体热疗组。从VX2荷瘤兔身上取下肿块,剔除结缔组织和坏死组织后,用眼科剪剪成尽可能小的瘤粒(<1mm3),接种于兔两后腿皮下作为传代。采用开腹瘤粒悬液注射法建立兔VX2肝癌模型,抽血查肝肾功能,术后14天行CT检查和DSA(digitalsubtractionangiography)造影。模型建立14天后,进行介入治疗和热疗,分组如下空白对照组、Mn0.5Zn0.5Fe2O4非热疗组、Mn0.5Zn0.5Fe2O4热疗组、As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O热疗组、siRNA/As2O3磁性纳米脂质体热疗组、阿霉素治疗组,每组6只。介入手术48小时后,将三组热疗组动物置交变磁场下进行热疗60分钟,共热疗三次,每次间隔48小时。所有实验动物都于介入术后14天处死,进行尸检,剥离肿瘤,用尺测量肿瘤的长短径,计算肿瘤体积。根据公式:肿瘤体积抑制率(%)=(1-实验组肿瘤体积/对照组肿瘤体积)×100%,计算肿瘤体积抑制率。常规制片,HE染色、光镜下形态学观察。免疫组织化学法(SP法)检测survivin的表达情况。  结果:①自制的Mn0.5Zn0.5Fe2O4纳米粒近似圆形和球形,大小较一致,分散性良好,粒径约20-30mm。EDS分析其包含Mn,Zn,Fe三种元素,且Mn,Zn,Fe元素的摩尔比接近1∶1∶4;XRD显示制备的Mn0.5Zn0.5Fe2O4各衍射峰所对应的面间距(d值)与粉末衍射标准联合会(JCPDS)编制的代表物质为尖晶石型磁性的PDF(PowderDiffractionFile)卡片d值吻合一致,检索数据库证明为锰锌铁氧体。居里温度为210.1℃。在交变磁场下,浓度为159/L的Mn0.5Zn0.5Fe2O4可升温至45℃并保持恒定。37℃所制备的Mn0.5Zn0.5Fe2O4浸渍液对L-929细胞毒性为0~1级,无细胞毒性。②PEI-As2O3/Mn0.5Fe2O4电镜下外观仍为圆形或球形,分散性良好,大小较均匀一致,平均粒径为30-40nm。FTIR可见到PEI的-NH2和-CH2-特征峰的存在,EDS分析图谱可见N、As、Mn、Zn、Fe元素,验证了PEI和AS2O3在磁性纳米粒子表面的吸附。与Mn0.5Zn0.5Fe2O4磁性纳米粒相比,它们升温能力相同。PEI/Mn0.5Zn0.5Fe2O4具有良好的DNA结合保护转染能力,可将外源pEGFP质粒转染至人肝癌HepG2细胞,24小时后即可见绿色荧光蛋白的表达。③survivin-shRNA转染HepG2细胞发现,转染24小时后即可见到绿色荧光蛋白(GFP)的表达,视野内荧光均匀分布,48小时后有更多细胞表达GFP,提示survivin-shRNA表达质粒已有效进入了HepG2细胞。转染48小时后,收集细胞,提取RNA进行RT-PCR检测survivin基因的沉默效率。1号survivin-shRNA的基因沉默效率为最佳,以GAPDH为内参照,1号survivin灰度比值较阴性对照组下降90%。结果提示,转染1号survivin-shRNA可介导HepG2细胞survivin基因沉默,实现survivin基因的靶向封闭,其相对应的survivinsiRNA序列为5’-GGACCACCGCATCTCTACA-3’。④MTT法显示,Mn0.5Zn0.5Fe2O4未热疗组细胞增殖率为95.38%,与对照组相比无明显差异(P>0.05)。其余各组增殖率分别为78.51%、51.00%和38.96%,与对照组相比具备明显差异(P<0.05)。各组HepG2细胞经处理48h后,空白对照组未见明显凋亡峰,凋亡率仅为1.6%,Mn0.5Zn0.5Fe2O4未热疗组为4.89%。Mn0.5Zn0.5Fe2O4热疗组凋亡率为21.07%,As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O4热疗组为39.46%,siRNA/As2O3磁性纳米脂质体热疗组为41.93%。模型建立方法可成功建立兔VX2肝癌模型,并对实验动物的肝肾功能没有明显的影响,14天后肿瘤可于CT下显像,肿瘤长径平均可长至1.5-2cm,切面出血坏死少,无肝内外转移。种植14天后,DSA造影结果示肿瘤血管不规则,紊乱,肿瘤实质染色明显,内部染色不均匀。介入治疗完成后14天,动物尸检发现对照组肿瘤平均体积为34.29±9.24mm3,Mn0.5Zn0.5Fe2O4热疗组,As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O热疗组、siRNA/As2O3磁性纳米脂质体组与阿霉素组的体积抑制率分别为70.84%、85.19%、92.51%、49.14%,与对照组相比其肿瘤体积差异均有统计学意义(P<0.05),而单纯Mn0.5Zn0.5Fe2O4非加热组体积抑制率为1.87%,与对照组相比其肿瘤体积差异无统计学意义(P>0.05)。镜下观察可见各组肿瘤内部均可见到肿瘤组织坏死,结构紊乱,肿瘤核分裂像多见,周围正常肝组织结构清晰。C、D、E三组在镜下可见棕褐色的纳米磁粒子沉积在肿瘤及周围间质内,周围肿瘤组织有明显坏死,结构不清。免疫组织化学法示对照组肿瘤可见survlvm呈强阳性表达(+++),siRNA/As2O3磁性纳米脂质体组肿瘤的表达呈明显下降,呈弱阳性表达(+)。  结论:①采用改良的化学共沉淀法和浸渍法能成功制备出同时具备热疗、化疗和基因治疗三重功效的新型复合纳米材料PEI-As2O3/Mn0.5Zn0.5Fe2O4。②合成的survivin-shRNA可有效介导HepG2细胞survivin基因沉默,实现survivin基因的靶向封闭,为后面进一步进行肝癌的综合治疗提供了实验依据。③采用开腹瘤粒悬液注射法可以成功建立兔肝癌模型,肿瘤种植14天后,肿块大小在1.5-2cm,适合进行介入治疗。体外细胞实验和体内动物治疗实验均示Mn0.5Zn0.5Fe2O4磁性材料本身对肿瘤并无毒性作用,而将其置入交变磁场后进行热疗则具有良好的抑制肿瘤生长的效果。As2O3的加入可以具有更强的抑制肿瘤作用,而其中siRNA/As2O3磁性纳米脂质体组肿瘤体积抑制率最高,与其它组别均有显著差异,提示热疗、化疗、基因治疗这三者的结合可能起到了相互协同的作用。
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