磁性Fe3O4/Fe2O3@mSiO2纳米复合材料负载芹菜素在A549细胞中的传递及其作用机制

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磁性氧化铁纳米颗粒由于其具有的纳米尺寸效应、高生物相容性和磁响应的能力,在生物医药领域有着广泛的应用。近年来,使用磁性氧化铁纳米颗粒作为诊断剂和抗肿瘤药物的载体已成为研究热点。通过多种材料的修饰,纳米载体的药物输送能力和靶向效果可进一步增强,从而提高对肿瘤的治疗效果,降低副作用。本论文介绍了磁性氧化铁纳米颗粒的制备与修饰方法,对其在抗肿瘤领域的应用进行了概述,制备了磁性Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒,在其表面修饰介孔SiO2和透明质酸(HA),并以其为载体负载药物芹菜素(API),体外研究了负载芹菜素的纳米复合新剂型的抗肿瘤效果和抗肿瘤机制。具体研究结论如下:(1)采用快速燃烧法制备了磁性Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒,通过XRD、SEM、TEM、VSM、FTIR、BET和DLS等手段对其进行了表征。考察了制备过程中溶剂种类、溶剂量、煅烧温度、煅烧时间等因素对产物晶体尺寸与磁性的影响。确定无水乙醇为最适宜的反应溶剂,且随着无水乙醇体积从15 mL增大至100 mL,产物的晶体尺寸从26.4 nm增至29.3 nm,在体积为30 mL时达到峰值30.5 nm。与此同时,产物的饱和磁化强度(Ms)从57.5 Am2/kg降低至5.5 Am2/kg。400 oC下,煅烧时间为2 h时产物的Ms达到最大,减小或增大煅烧时间都会降低Ms。在相同的煅烧时间内,随着煅烧温度的从200 oC上升至700 oC,产物的平均晶体尺寸从17.2 nm增大至49.4 nm。当煅烧温度在300400 oC时,产物为典型的磁性Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒,随着温度升高,异质体中的Fe3O4比例由43.5%降低至9.6%。(2)采用改进的Stober法负载介孔SiO2外壳,制备了磁性Fe2O3/Fe3O4@mSiO2纳米复合材料,其平均粒径约为150 nm,比表面积为369.6 m2/g。利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)实现了对磁性Fe2O3/Fe3O4@mSiO2纳米复合材料的表面改性,并成功负载芹菜素,负载能力最高达83.9μg/mg。通过EDC/NHS交联反应,成功将Fe2O3/Fe3O4@mSiO2-NH2与HA连接,发现HA的修饰延缓了芹菜素的体外释放,并赋予载体在肿瘤细胞的偏酸性环境下靶向释放芹菜素的能力。(3)通过MTT实验证明药物载体的生物相容性与负载芹菜素前后的细胞毒性。研究发现磁性Fe2O3/Fe3O4异质体纳米颗粒随制备条件的不同表现出差异化的细胞毒性,Fe2O3/Fe3O4@mSiO2-HA对A549、PC12和HUVEC细胞均表现出良好的生物相容性。在磁场作用下80μM的API-Fe2O3/Fe3O4@mSiO2-HA能够显著抑制A549细胞的增殖,效果强于同剂量的游离芹菜素。通过western blot、流式细胞术和AO/EB双染实验证实磁性药物载体可通过促进细胞凋亡而发挥抗肿瘤作用,实验发现细胞中的caspase-3、caspase-8、CytC、Bax蛋白表达量上调,Bcl-2表达量下降,细胞表面透明质酸受体CD44的表达量相比正常细胞L-02更高,划痕实验表明透明质酸修饰的药物载体不会导致肿瘤细胞加速迁移。进一步的研究发现API-Fe2O3/Fe3O4@mSiO2-HA会显著提高细胞中的活性氧含量,对细胞中铁死亡相关蛋白的分析发现负载芹菜素的磁性纳米载体可能通过铁死亡途径发挥比游离芹菜素更强的抗肿瘤效果。
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