目前临床肿瘤一体化治疗的流程,首先是通过手术切除实体瘤,随后通过化疗、放疗、基因疗法等杀死残余或转移的肿瘤细胞,防止复发。这些治疗可能会影响健康组织或器官,造成一系列的副作用。例如,肿瘤手术中切缘阳性引起的癌症复发,化疗和放疗影响其它健康组织和器官,并阻碍癌症治疗的进程。因此,急需开发高效、安全、可行的手段来实现肿瘤精准切除和实现靶向肿瘤治疗。纳米医学是结合纳米科学、纳米工程以及纳米技术与生命科学相互作用的研究领域,已经成为现代医疗的一个重要发展方向。其中,纳米技术是指专注于研究粒径在纳米级别的材料和功能系统的合成、表征和应用的科学领域。如今,人们对这些材料的兴趣不仅在于它们的体积小,而且还在于它们在纳米维度上的独特物理(电、光、磁)和化学性质(与宏观尺度上的同一种材料相比),同时可扩展细胞与生物分子的相互作用。此外,因为它易于合成和功能化,同时具备低免疫原性和低毒性等优点,纳米技术在医学领域的应用促进了诊断、治疗、成像辅助手术的发展,特别是在应用诸如癌症等的复杂疾病中。本课题设计了基于功能化聚多巴胺的纳米喷剂用于热成像辅助的肿瘤精准化手术切除和具有超分子组装电荷遮蔽结构的生物响应型载体用于肿瘤基因编辑。具体内容如下:1、基于功能化聚多巴胺的纳米喷剂用于热成像辅助肿瘤的精准化手术切除尽管基因治疗,药物治疗等在肿瘤治疗领域飞速发展,但是,手术切除仍然是临床中大多数实体肉瘤的主要治疗方式。切缘阳性(肿瘤病灶的切口边缘中残留癌细胞)仍然是巨大的挑战。本研究开发了基于RGD修饰表面的聚多巴胺微球喷剂用于热成像辅助肿瘤精准化切除。制备一个表面修饰RGD肽,具有高光热转换效率的聚多巴胺微球(PDA-RGD),该RGD肽能特异性与肿瘤高表达的ανβ3整合素结合。大范围喷涂材料悬液至疑似肿瘤区域,通过特异性识别后清洗,PDA-RGD滞留于肿瘤部位表面。808 nm近红外激光器结合红外热成像仪捕捉视野中的热成像图,精准确定肿瘤边缘区域,辅助手术的精准切除。研究中通过DLS、红外光谱、紫外分光光度计、扫描电镜、透射电镜等手段证明了PDA-RGD的成功制备。结果显示PDA-RGD光热成像系统的最佳功率为3 W/cm~2和最佳照射时间6 min,其光热转换效率是54.27%。在研究PDA-RGD对肿瘤细胞与正常细胞选择性实验证明,PDA-RGD对高表达ανβ3整合素的肿瘤细胞有显著的选择性,并进一步用内吞实验加以佐证。最后,在荷瘤小鼠动物模型的实验中证明了其对肿瘤边缘能实现精准的定位。结果表明,纳米喷剂结合热成像技术实现了从宏观上可视化整个肿瘤范围,并能精准确定肿瘤边缘区域,辅助手术的精准切除肿瘤。2、具有超分子组装电荷遮蔽结构的生物响应型载体用于肿瘤基因编辑的研究CRISPR/Cas9(聚簇的规则间隔的短回文重复序列/Cas9核酸酶)基因编辑平台是遗传疾病的有前途的治疗工具,因为它能够在基因组水平上易于靶向特定基因并编辑致病基因。克服基因载体在级联递送过程中面临一系列生物障碍,仍然是巨大的挑战。在本章中我们设计合成了一个具有生物响应性的超支化电荷遮蔽外壳,具有谷胱甘肽响应降解的超支化聚阳离子内核的CRISP/Cas9递送系统载体。外壳(CD-HPG-FA)是以β-环糊精(β-CD)为核引发的聚缩水甘油醚(HPG),并在HPG上修饰具有肿瘤靶向性的叶酸(FA)。内核(HPAA-BM)是含有双硫键的超支化聚酰胺-胺(HPAA)外围接枝苯并咪唑(BM)。利用β-环糊精与苯并咪唑的主客体作用将CD-HPG-FA组装到超支化聚酰胺-胺的外层形成电荷遮蔽外壳。该载体在血液循环递送中由于外层的HPG遮蔽外壳保护而具有良好的血液相容性和抗非特异性吸附能力而实现长循环。载体外壳通过叶酸与肿瘤细胞的叶酸受体特异性识别,达到肿瘤靶部位后在酸性条件下脱去遮蔽外壳而恢复基因转染效果。进入肿瘤细胞后阳离子载体被谷胱甘肽降解而释放出CRISP/Cas9基因编辑系统达到治疗的目的。通过~1H NMR、紫外分光光度计等手段对其物理化学性质进行表征,证明内核与外壳的成功制备;通过二维核磁谱图证明了内核与外壳实现了自组装。通过凝胶渗透色谱和荧光光谱证实了β-环糊精与苯并咪唑的pH响应性解组装和HPAA的谷胱甘肽响应性降解。通过琼脂糖凝胶电泳实验和基因转染实验研究核/质粒/壳三者的最佳质量组装比例为10:1:100。通过DLS、TEM的分析结果表明,自组装前后具有尺寸缩小,以及解组装后尺寸回弹的现象。细胞凋亡实验表明在pH 6.5比pH 7.4时,基因编辑系统对于肿瘤细胞生长抑制效果更佳。通过活体成像的离体组织证明了载体在肿瘤具有显著的富集情况。载体的血液相容性评价证明了该载体具有良好的血液相容性。结果表明,该载体的设计能够克服多种生理障碍,并以最佳效率将有效载荷传递至肿瘤组织。从更广泛的意义上讲,该载体还可以适用于提供其他类型的基因递送体系。