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目的: 1.研究以5-FU作为模型药物的生物性MOFs材料的细胞毒性、降解性以及负载和缓释性能。 2.通过实验为生物性MOFs材料作为药物载体的进一步研究提供实验依据。 方法: 1.生物性MOFs的合成:采用溶剂热法合成3个基于药物分子配体的生物性MOFs:{[Zn2(fer)2]}n(MOF-1)、[Zn3(bdc)2(dfp)2]·2DMF(MOF-2)、[Zn3(bdc-NH2)2(dfp)2]·DMF(MOF-3)。选用X-射线粉末衍射(XRD),红外光谱(IR),热重分析(TG)对所得样品进行表征分析,初步判断合成材料的结构特征稳定性状况。 2.生物性MOFs的细胞毒性评价 (1) MOF-1体外细胞毒性实验 以A549细胞、H1299细胞作为实验细胞,分别与不同浓度的MOF-1组、MOF-1@5-FU组孵育24h后,CCK8法测定细胞存活率。 (2) MOF-2,MOF-3体外细胞毒性实验 以HepG2细胞、HeLa细胞作为实验细胞,分别与不同浓度的MOF-2组、MOF-3组、MOF-2@5-FU组、MOF-3@5-FU组孵育24、48、72h后,MTT法测定细胞存活率。 3.生物性MOFs的载药与释药性能研究:以载药时间(1d、2d、3d),MOFs与药物(5-FU)的质量比(1:1、1:2、1:3)作为影响因素,对载药工艺进行优化,通过HPLC法或UV法测定载入的5-FU量,以载药量为指标,确定最高载药量及最佳载药条件。为考察生物性MOFs的释药性能以及在不同PH条件下释药性能的变化情况,以最佳载药条件将5-FU载入生物性MOFs内得到MOFs@5-FU,采用透析袋扩散法考察MOFs@5-FU的体外释药特性。通过HPLC法或UV法测定3个生物性MOFs中5-FU的累计释放量及释放趋势来考察评价生物性MOFs的释药性能。 4.生物性MOFs的降解性研究:5-FU释放实验期间,通过分析生物性MOFs降解后配体的量来评估生物性MOFs的降解情况。采用透析袋扩散法考察生物性MOFs的体外降解特性,用UV法测定3个生物性MOFs中药物配体的累计释放量(其中MOF-1考察释放的阿魏酸的量,MOF-2、MOF-3考察释放的去铁酮的量),通过累计释放量与生物性MOFs中药物配体总量的比率作为降解率来考察评价载体的降解情况与稳定情况。 结果: 1.生物性MOFs的合成:通过X-射线粉末衍射(XRD),红外光谱(IR),热重分析(TG)对所得样品进行表征分析得到:合成的3个生物性MOFs即MOF-1、MOF-2、MOF-3结构正确,纯度较高,热稳定性良好,分布均匀。 2.生物性MOFs的细胞毒性评价: (1) MOF-1体外细胞毒性实验:CCK-8法检测细胞毒性实验结果显示,随着药物作用浓度的增加(0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1mg/mL),细胞的存活率呈下降趋势,其中MOF-1@5-FU处理的细胞,其存活率较仅MOF-1处理细胞的存活率降低,P<0.05。在A549细胞中,当药物浓度低于0.2 mg/mL时,MOF-1处理的细胞存活率超过60%。在H1299细胞中,当药物浓度高于0.4mg/ml时, MOF-1处理的细胞其存活率降低缓慢,稳定在70%左右。 (2) MOF-2,MOF-3体外细胞毒性实验:随着药物作用浓度的增加(3.25、7.5、15、20、25μg/mL),细胞的存活率均呈下降趋势,其中MOF-2@5-FU、MOF-3@5-FU处理的细胞,其存活率较仅MOF-2、MOF-3处理细胞的存活率降低,P<0.05。同一药物不同作用时间(24h、48h、72h)刺激细胞,细胞存活率大致相近。在Hela细胞中,不同浓度的MOF-2处理细胞的存活率均超过60%,而作用48h时,其细胞存活率甚至均超过80%,当作用细胞的MOF-2@5-FU浓度低于7.5μg/mL时,其细胞存活率超过70%;不同浓度的MOF-3作用细胞不同时间,其细胞存活率均大于75%,而同等条件的MOF-3@5-FU药物处理细胞,细胞存活率超过60%。在HepG2细胞中,当MOF-2浓度低于15μg/mL时,作用细胞的存活率均超过90%,同等条件的MOF-2@5-FU药物处理细胞,细胞存活率均超过70%;不同浓度的MOF-3作用细胞不同时间,其细胞存活率均大于80%,而当MOF-3@5-FU药物浓度低于20μg/mL时,其存活率均大于70%。 3.生物性MOFs的载药与释药性能研究:通过HPLC法测得当MOF-1与5-FU在无水乙醇中负载2d,载体与药物质量比为1:3获得最佳负载结果,最高负载量为0.388 g/g;37℃下,MOF-1@5-FU在pH7.4环境中,5-FU释放持续100h,药物释放率达到99%,在pH4,pH6环境中5-FU释放持续140h,药物累积释放率达到93%。 通过UV法测得当MOF-2在5-FU中负载1d,载体与药物质量比为1:3,MOF-3与5-FU在无水乙醇中负载3d,载体与药物质量比为1:2时,获得最佳负载结果,最高负载量分别为0.384和0.359g/g;37℃下,MOF-2@5-FU在pH7.4环境中,7h内5-FU的释放率达到47%,在pH4.0和pH6.0下药物释放分别达到81%和77%;MOF-3@5-FU在pH7.4环境中,在7h内5-FU的释放率达到45%,在pH4.0和pH6.0下药物释放分别达到93%和87%。 4.生物性MOFs的降解性研究:MOF-1在pH4,pH6,pH7.4条件下的降解过程具有类似行为,24h后释放出生物性MOFs中阿魏酸配体总量的24.3%,后面出现缓慢降解,120h后降解不足40%。90h内,MOF-1在pH6条件下的降解较在其他两种pH条件下更迅速,而90h后,pH4作用条件下的降解更迅速。 MOF-2在pH7.4条件下,5h内降解过程快速发生,并且释放了生物性MOFs中去铁酮总量的25%。30h内pH6条件下材料的降解速度更快,而约30h后, pH4条件下的材料降解较其他两种条件更迅速;约40h后,三种条件下的MOF-2的降解趋向缓慢。MOF-3的降解过程比MOF-2的快,MOF-3的降解在5h内快速发生,并且在37℃下释放了材料中去铁酮总量的35%。10h内pH6条件下, MOF-3的降解较快,而10h后,pH4的材料降解更迅速,而随着时间的推移,三种条件作用下的MOF-3的降解速度逐渐缓慢。 结论: 1.本研究制备的3个生物性MOFs:MOF-1、MOF-2及MOF-3,结构正确,重复性及热稳定性均较好。 2.合成的生物性MOFs细胞毒性均较小,负载5-FU后对细胞抑制明显,当生物性MOFs小于一定的浓度时,均具有可忽略的细胞毒性。 3.合成的生物性MOFs具备较高的载药量,具有良好的缓释性能,在酸性条件下5-FU的释放较快。 4.合成的3种生物性MOFs均不能完全降解,稳定性良好,MOF-1的降解不具备明显的pH响应性,而MOF-2、MOF-3的降解具有pH响应性。