纳米医药技术是指将纳米技术应用于医药领域,其中包括纳米诊断和纳米治疗。作为纳米治疗中应用最为广泛的纳米药物载体,它可以通过EPR(enhanced permeability and retention effect)效应在肿瘤部位富集,减少对正常细胞的毒副作用,而且可以实现对药物的可控释放,从而引起研究者们广泛的兴趣。磁性多孔氧化铁纳米粒子安全无毒,可以作为生物体内铁储备,比表面积大可以装载更多的药物,制备方法简单,绿色环保,表面易修饰成为多功能化的纳米粒子。本论文合成了一系列的氧化铁纳米粒子,选取其中一种磁性多孔的纳米棒,通过不同的方法构建了不同的药物载体输送体系,实现了药物的缓释功能,表现出良好的抑制癌细胞生长的效果。主要的研究工作如下：第一章概述了纳米药物载体的现状,介绍了纳米粒子是如何在肿瘤部位成功富集,纳米粒子分类及发展,纳米粒子的功能化修饰及应用,纳米共传递系统以及它在药物传递系统中的应用。第二章中,利用共沉淀和煅烧法,调节Fe2+和Fe3+离子的比例,合成了一系列不同形态、不同尺寸、不同磁性的氧化铁纳米粒子。随着亚铁的增加,纳米粒子的形貌呈现出球形到棒状再到较小球形的变化趋势,通过磁强计发现亚铁的摩尔比在15%(含15%)以上时,纳米粒子呈现出超顺磁性,而且纳米粒子的饱和磁化强度也随着亚铁比例的增加而增加。当亚铁的摩尔比在30%(含30%)以下时,煅烧后的纳米粒子均显现出多孔结构。其中15%比例合成的纳米粒子在透射电镜下是一种长约40-60nm,宽约20-30nm,孔径5-10nm的多孔棒状结构。我们选取这种磁性多孔氧化铁纳米棒(15%MNRs,15%magnetic nanorods),买现了对小分子药物阿霉素的成功装载,体外释药表明了酸性条件有利于药物的释放。不管载药与否,纳米粒子都可以有效地被HeLa细胞摄取从而实现药物的传递,在外加磁场的作用下摄取量大大增加。这种纳米粒子在细胞水平上表现出安全无毒,而装载了DOX (doxorubicin)的纳米粒子则表现出良好的抑制细胞生长的效果,当环境中存在外加磁场时,载药纳米粒子抗癌效果更加明显。我们还研究了纳米粒子的内吞机制,发现纳米粒子是通过网格蛋白介导的内吞,小窝蛋白介导的内吞和巨胞饮这三种途径进入细胞,外加磁场和载药与否都不会影响这种内吞机制。此外,我们选取大分子模型药物FITC-dextran (fluorescein isothiocyanate),证实了15%MNRs能够帮助大分子药物克服生物屏障,成功进入细胞内,实现了大分子药物的传递,外加磁场会增加药物传递效率。这些结果都证实了我们合成的15%MNRs纳米粒子能够被HeLa细胞摄取从而实现了药物的传递,这种传递响应于外加磁场。虽然纳米粒子能够通过EPR在肿瘤部位富集,但是这种富集仍然有一些局限性,因此在第三章中我们合成了靶向纳米药物传递系统。将叶酸小分子通过PEG长链和硅烷化试剂引入15%MNRs表面,采用相同的方法合成了PEG化的15%MNRs作为对照。这两种纳米粒子在细胞水平上均安全无毒,都能成功装载抗癌药物阿霉素且具有相同的载药量,酸性条件有利于药物的释放。相比较表面只有PEG修饰的纳米粒子,叶酸修饰的纳米粒子能够被表面受体丰富的HeLa细胞更有效摄取,表现出主动靶向的能力,加入小分子叶酸会抑制这种靶向能力,而对于表面无叶酸受体的COS7细胞,两者摄取量相同。细胞毒性实验证实了两种载药纳米粒子都能有效抑制细胞的生长,由于叶酸修饰的纳米粒子在HeLa中能够靶向摄取,所以抑制生长的能力大大加强,而在COS7细胞中两种载药纳米粒子抑制细胞生长的能力基本相同。体内分布证实了纳米粒子的EPR效应和对实体瘤的主动靶向能力。癌细胞表面大多数具有较多的叶酸受体,所以这种叶酸修饰的纳米粒子治疗癌症具有较好的前景。第四章中,我们合成了主链含有二硫键和不含二硫键的两种聚阳离子电解质,用这两种聚阳离子及牛血清蛋白阴离子对15%MNRs或装载阿霉素后的纳米粒子DOX@15%MNRs进行层层自组装修饰得到两种纳米粒子,一种含有S-S键,一种不含S-S键作为对照。在DTT的环境下,含有S-S键的纳米粒子粒径会发生变化,并且能够响应于还原性环境而实现对阿霉素的释放,不含S-S键的纳米粒子粒径几乎不受影响,且药物释放不响应于还原环境。HeLa细胞对两种纳米粒子能够有效地摄取且具有相同的摄取量。对于载药后的纳米粒子进入癌细胞后,包覆含有S-S键的聚阳离子被细胞内高浓度的GSH降解,使负载的药物快速释放,从而使药物在细胞内累积,而不含S-S键的聚阳离子不会受到影响,药物释放减慢。因此含有S-S键的载药纳米粒子的毒性要远远大于不含S-S键的载药纳米粒子。以上结果证明对纳米氧化铁进行层层自组装表面修饰后,具有二硫键的药物载体有更好的载药释药效果。药物的共传递可以减少药物使用的有效浓度,降低癌细胞产生多药耐药性的可能性。但是在药物联合使用时很少使用药物载体,体现不出纳米药物载体在治疗癌症中的优势。因此第五章中我们构建了15%MNRs纳米粒子的双载药输送系统。首先通过纳米沉淀法将顺铂(CDDP)装载在纳米粒子的多孔结构中,然后利用As和铁纳米晶体之间强烈的吸附作用将三氧化二砷(ATO)吸附在纳米粒子表面,成功实现了药物的共载。两者的联合使用效果依赖于细胞的不同,在HeLa细胞和HepG2细胞中体现了良好的药物协同效果。在A549细胞中,只有纯药物联合使用才表现出药物的协同作用。我们选取其中的HeLa细胞证明了载药纳米粒子可以被有效摄取,且摄取量之间不存在大的差别。通过双染法证实了两种药物单独或者联合使用均是通过细胞凋亡途径抑制细胞增殖的,在凋亡过程了发现了HeLa细胞中核染色质固缩,聚集于核膜周围,甚至于核裂解为碎片,线粒体嵴减少且紊乱,胞质内空泡化,内质网明显扩张等现象。当药物联合使用时,在HeLa细胞中既有增加caspase-3表达的凋亡途径,也有降低Bcl-2/Bax比例的凋亡途径。以上结果证明了双载药时在有些细胞中存在药物协同作用,这种方式降低了药物的有效浓度。在最后一章中,我们在实验室之前工作的基础上,探讨了棒状或者球状载药纳米粒子(ATO-loaded HSA-n-PHNRs和ATO-loaded HSA-n-PHNSs)诱导HeLa细胞凋亡中线粒体和内质网的作用,以及小鼠体内抗肿瘤的效果。研究证实了ATO诱导HeLa细胞凋亡是一个涉及线粒体和内质网应激的过程。在诱导凋亡的过程中,线粒体和内质网形态发生改变。用ATO和载药纳米粒子处理细胞时,细胞线粒体的跨膜电位降低,其中ATO降低最为明显,ATO-loaded HSA-n-PHNRs次之,而且药物处理后caspase-3活性都明显增加。这些现象都表明了ATO通过经典线粒体途径诱导凋亡。此外,细胞内Ca2+浓度和细胞活性氧水平也有所增加,ATO-loaded HSA-n-PHNRs增加的程度比ATO-loaded HSA-n-PHNRs明显得多。而Ca2+浓度主要是由内质网释放,增加的Ca2+会使线粒体摄取增加,导致凋亡更敏感。虽然内质网参与了这个凋亡过程,但是内质网凋亡途径中重要的内质网伴侣蛋白GRP78没有发生改变,没有直接证据证明了内质网通路的发生。以上细胞实验也证实了棒状的载药纳米粒子比球状的载药纳米粒子更容易引起细胞的凋亡。动物实验中,体内分布实验说明了纳米粒子不仅具有EPR效应,而且在实体瘤中,棒状的纳米粒子组中ATO的分布比球状纳米粒子组多。在经过33天的抑制肿瘤生长的实验中,ATO-loaded HSA-n-PHNRs组抑制肿瘤生长的能力为ATO-loaded HSA-n-PHNSs组的两倍,是游离药物的四倍,体现棒状的纳米粒子比球状的纳米粒子更适合作为ATO药物的载体。