近半个世纪以来,癌症已发展成为临床医学的重大疾病,严重威胁人类的生命健康。随着全球人口总数的不断增长、人口老龄化趋势的逐渐加剧、环境污染以及生活方式的改变,癌症的发病率和死亡率呈持续增长的态势,严重威胁人类生命安全,阻碍社会发展。肿瘤具有无限增殖、易转移和强侵润性等特点,给癌症的诊断和治疗带来了极大的困难。传统治疗癌症的手段主要有化学药物治疗、放射治疗以及手术治疗等,这些方法在一定程度上减缓并控制了肿瘤的恶化速度,但很难实现肿瘤的根除且缺乏特异性,容易对正常组织细胞造成影响,进而导致严重的毒副作用。为了提高肿瘤的治疗效果,科研人员发展了多种新兴技术,其中光疗法（主要包括光热疗法和光动力学疗法）作为一种新型的抗肿瘤手段,因其具有良好的组织穿透性和较小的毒副作用,受到越来越多的关注。光热治疗（Photothermal therapy,PTT）是一种新型的微创肿瘤治疗手段,使用该方法进行治疗时,光热转化剂能够将近红外光的能量转化为热能,使肿瘤或癌变组织温度上升至有效治疗温度范围内,并利用肿瘤组织和正常组织温度耐受力的差异,在不损伤正常组织的前提下,达到杀灭肿瘤细胞的目的。在光热治疗中,我们还可以通过修饰光热转化剂和控制近红外光的空间作用部位来实现肿瘤靶向效果,有效避免对正常组织的损伤。该方法简便易行且节约成本,不需要大型仪器,具有安全可靠和效果稳定等优点,被称为除手术治疗、化疗、放疗以及生物治疗之外的第五种肿瘤治疗方法,具有极其客观的临床应用前景。同时,光动力学疗法（Photodynamic therapy,PDT）能利用肿瘤组织对特定化学物质（光敏剂）选择性的摄入,并在一定波长的近红外光激发下,将能量传递给周围的氧,产生单线态氧,进而氧化相邻的生物大分子,产生细胞毒性,造成细胞死亡。光动力效应可以破坏肿瘤中的微血管,导致病变组织缺血性坏死,从而达到治疗癌症目的。与传统方法相比较,该方法具创伤小、毒性低、选择性好、可重复和疗效快等优势。为了增强肿瘤的治疗效果,我们可以将光热疗法与光动力学疗法相结合构成协同抗肿瘤作用。且一定程度的光热作用可以增强肿瘤内部血管流量,从而转运更多的氧气至肿瘤部位,增强光动力学作用。肿瘤诊断是肿瘤治疗的前提,如果在癌症发病早期,恶性肿瘤发生转移之前能够进行精确的诊断,可以大大提高癌症病人的治愈率,并提高病人的生存质量,因此,癌症诊断与治疗的一体化研究能将肿瘤可视化,精确其定位,对癌症的治疗具有重要指导意义。而现代生物医学影像技术的飞速发展使这一目标得以实现。目前常用的成像技术主要包括核磁共振成像（Magnetic resonance imaging,MRI）、计算机断层扫描（Computed tomography,CT）、正电子衍射成像（Positron emission tomography,PET）、光学成像（Optical imaging）和光声成像（Photoacoustic imaging,PA）。由于各种成像技术原理的不同,每种成像技术对疾病的诊断都有其独特的优势和不足（例如:荧光灵敏度高,成像速度快,但组织穿透力弱且分辨率不高;MR成像空间分辨率高,但灵敏度低;CT成像的时间分辨率高且可渗透深层组织,却难以区分软组织的细微变化）,所以结合多种成像方式的多模态成像可以为癌症的精准治疗提供更为准确、全面的信息。为了减少药物注射的痛苦,且同时实现癌症的治疗和检测目的,具备成像和治疗双重功能的药物系统引起了研究者的兴趣。近年来,随着纳米技术的快速发展,结合了医学、材料学和生物学等多学科优势的纳米智能载药系统使肿瘤的诊断治疗一体化研究得以成功实现。纳米材料的一些特性,如较强的声响应、光响应、磁响应等,可提高成像的分辨率和灵敏度及癌症的治疗效果,同时还可以延长其在体内的循环时间,提高利用效率。同时,基于纳米粒子的特殊尺度和结构,在其表面加以修饰可以制备具有主动靶向性的药物载体,以精确地实现药物控释。这种多功能纳米药物载体系统可塑性强、稳定性好,同时具有肿瘤靶向、分子影像、药物呈递和癌症治疗等多项功能,是目前纳米材料和纳米生物医学领域的研究热点。本研究采用生物安全性良好且具备多模态造影剂的光热升温功能材料作为药物基本载体,同时引入FDA批准的小分子光敏剂吲哚菁绿以实现多模态成像引导下的光热及光动力学对癌症的联合治疗。本文分别构建了共同包载吲哚菁绿和相变材料（TD）的CuS@mSiO₂（介孔二氧化硅包硫化铜核壳结构）纳米颗粒与吲哚菁绿包载的BSA-钆离子络合物修饰的空心金纳米颗粒两种智能纳米载药系统。并深入探究了两种载体系统的形态结构、粒径大小、电势、药物包载与控释、体内外多模态成像、光热与光动力学对肿瘤的联合治疗效果、生物安全性评价等。通过高效智能的药物控释和精准可视化的光热与光动力学联合治疗,为提高药物的生物利用度和肿瘤的彻底治疗提供了新策略和新方法。一、构建共同包载吲哚菁绿和相变材料TD的CuS@mSiO₂（介孔二氧化硅包硫化铜核壳结构）,并验证其荧光和PA双模态成像指导的光热与光动力学对癌症的联合治疗。硫化铜作为新兴的纳米材料因其具有较强的近红外吸收和较高的光热转化效率而被广泛关注。但最近不少报道指出,高浓度的硫化铜纳米粒子生物相容性差,且硫化铜表面较难修饰,因此载药能力低。目前的研究通常引入超分子,生物大分子及多孔材料等来修饰或包载硫化铜。其中,介孔二氧化硅以其较高的比表面积、有序的多孔结构,可调控的孔径,易修饰,以及良好的生物相容性和生物可降解性等特征被广泛用于药物传递系统。基于介孔硅以上特点,现在很多研究在硫化铜表面包载介孔硅材料形成核壳结构,以解决硫化铜的生物相容性及载药能力等问题。吲哚菁绿是一类被美国食品和药品监督管理局认证批准过的医学诊断试剂,且越来越多的文献报道其具有光热及光动力学治疗的作用。此外,吲哚菁绿还具有荧光成像和光声成像的特点,可作为成像造影剂用于体内荧光和光声成像对肿瘤部位进行诊断治疗。近年来,介孔材料在药物传输过程中的“零泄露”问题已成为又一研究热点。其中,相变材料,作为一种温度响应型材料可被用作“门控”分子控制药物的释放,实现“零泄露”和药物控释以提高癌症治疗效果。因此,该工作中我们引入了一种温度敏感型相变材料-十四碳醇（Tetradeconol,TD）作为门控分子,以控制药物的释放,实现药物传输过程中的“零泄漏”,提高癌症治疗效果并降低其对正常组织的毒副作用。因此,在这部分的研究中,我们构建了共同包载吲哚菁绿和相变材料的CuS@mSiO₂（介孔二氧化硅包硫化铜核壳结构）的纳米颗粒。由于TD的熔点是39°C,略高于体温,所以当载体在体循环时,TD处于固态,可有效阻止吲哚菁绿的提前“泄漏”。而当载体到达肿瘤部位,并给予近红光照射时,肿瘤部位的温度能迅速升高并超过TD相变温度,此时TD变为液态,失去门控作用。此外,该药物载体还具备荧光与光声双模态成像介导的光热与光动力学联合治疗作用,可有效增强肿瘤的治疗效果并降低毒副作。首先,我们利用一锅法成功制备了介孔二氧化硅包载硫化铜的纳米粒子,由透射电镜和元素分析图可知该粒子具有完整的核壳结构且大小相对均一。其中,硫化铜分布在核中,直径大约为12 nm,介孔硅壳均匀地分布在外周,壳层厚度约为35 nm。动态光散射实验证明该纳米粒子的平均粒径在85 nm,与透射电镜的结果一致。红外图谱实验证明了介孔硅中模板CTAB的成功被去除,且形成的介孔硅的孔径由氮气吸附-解吸附实验测得约为4.6 nm。然后,我们将吲哚菁绿和相变材料TD共同包载到该核壳结构中,并测得ICG的载药量与包封率分别为12.3%和65.3%。温度控制的ICG释放实验证实了相变材料TD状态可逆的特征及其门控分子的作用。在体外实验中,我们验证了最终载体的光热升温作用并利用单线态氧捕获剂检测了其光动力学作用,证实了该处方的光热与光动力学双重治疗作用。另外,细胞摄取、MTT和AM/PI双染实验证实了该处方可被肿瘤细胞成功摄取并产生杀伤作用。动物实验中,载体的荧光和光声双模态成像实验说明了该载体可通过被动靶向作用成功聚集到肿瘤部位,且给药24小时后,达到最大聚集量。最后,体内光热升温和抑瘤实验从活体水平,证实了该载体确实能通过光疗作用抑制肿瘤的生长而发挥对癌症治疗作用,且对系统的毒副作较小。二、构建吲哚菁绿包载的BSA-钆离子络合物修饰的空心金纳米壳智能纳米载药系统,并探究其在荧光,PA,CT和MR四模态成像指导下对癌症的光热与光动力学联合治疗效果。近年来,金纳米载体由于其等离子体共振光学性质,引起越来越多的研究者的关注。其中,空心金纳米壳由于其可调节的近红外吸收,易修饰,表面多孔和内部的空心结构而被广泛用于光热治疗和药物传递系统中。除此之外,它还具备CT成像和PA成像的特点。蛋白介导的生物矿质法以其温和的反应条件,“绿色”的制备过程及合成得到的纳米粒子良好的稳定性和生物相容性等特点引起了广泛兴趣。其中,牛血清（BSA）蛋白络合的钆离子复合物因具有良好的MR成像作用而被应用癌症诊断中,且能很好地弥补CT和PA成像的不足。在本部分的实验中,我们构建了BSA-钆离子络合物修饰的空心金纳米颗粒作为药物载体,并成功包载了吲哚菁绿。该药物传递系统同时具备荧光/PA/CT/MR四模态成像和光热与光动力学联合治疗作用,可实现对癌症的精准治疗。首先,我们以介孔二氧化硅为模板制备了空心金纳米壳,由透射电镜,扫描电镜和元素分析可知,该空心金纳米粒子大小均一,粒径约为125 nm。接着,我们在所得的空心金纳米壳外修饰了BSA-钆离子络合物,根据透射电镜结果可知,该络合物被均匀地连接在了空心金纳米壳外,且包载络合物后,载体的粒径从125 nm增加到了150 nm。圆二色谱和红外实验均表明最终载体中有BSA的存在,侧面证明了BSA-钆离子络合物被成功地修饰到空心金纳米壳外。接下来,我们将吲哚菁绿包载到了该纳米结构中,并测得ICG的载药量为36.5%。体外的PA/CT/MR成像,光热升温及单线态氧测定等实验证实了最终载体确实具备多模态成像的功能以及光热与光动力学双重治疗作用。另外,细胞摄取、MTT、AM/PI双染和细胞流式实验证明了该载体可被肿瘤细胞成功摄取,并发挥对肿瘤细胞的杀伤作用。动物实验中,载体的荧光/PA/CT/MR四模态成像实验说明了该载体可通过被动靶向作用成功聚集到肿瘤部位,且给药大约12小时后,达到最大聚集量。最后,动物体内的光热升温、ROS检测和抑瘤实验也表明该载体能通过光热与光动力学联合治疗作用抑制肿瘤的生长,且毒副作用较小。