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肝癌是一种发病率和病死率均较高的恶性肿瘤,传统的治疗方法常常难以彻底消除肝癌,治疗后易复发、转移。肝癌干细胞(liver cancer stem cells,LCSCs)是肝肿瘤中具有自我更新和分化能力的癌细胞亚群,研究表明LCSCs对放、化疗具有耐受性,与肝癌的复发和转移有密切关联,其存在可能是肝癌治疗不彻底的重要原因。因此,在肝癌的治疗中,针对LCSCs的治疗策略对于防止肝癌复发、转移有着重要的意义。
盐霉素(salinomycin,SAL)是一种对包括LCSCs在内的多种癌干细胞具有选择性抑制作用的药物,也可以有效杀伤对传统化疗药物具有耐药性的癌细胞。IR780碘化物(IR780iodide,IR780)是近年来新兴的癌症光热治疗(photothermal therapy,PTT)中常用的光敏材料,有出色的近红外(near-infrared,NIR)光吸收和光热转换能力,且具有安全和可控等优点。但是,盐霉素和IR780均为疏水性药物,其水溶性差的特点限制了其临床应用。因此,寻找合适的药物递送体系是提高盐霉素和IR780治疗效果研究中亟待解决的问题。
本课题以上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles,UCNPs)作为药物载体,通过两亲性的磷脂聚合物二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(distearoyl phosphor ethanolamine-polyethylene glycol,DSPE-PEG)包裹盐霉素和IR780构建联合化疗和光热治疗的纳米载药体系,并通过体外实验初步评价其抗肝肿瘤效果。本课题的主要研究内容和结果如下:
①肝癌干细胞的富集与鉴定
通过无血清悬浮培养肝癌细胞HCCLM3,富集球体细胞。与HCCLM3细胞相比,流式细胞仪检测结果表明肿瘤球细胞中CD133和CD44表达上调,q-PCR检测发现肿瘤球细胞中Nanog、Sox2、Oct4、CD133、CD44和EpCAM等干性基因表达显著上调,细胞迁移实验证明肿瘤球细胞迁移能力更强,克隆形成实验证明肿瘤球细胞的集落形成数量更多,表明肝癌干细胞的成功富集。
②纳米载药体系的构建及表征
通过DSPE-PEG包裹UCNPs、盐霉素和IR780构建纳米载药颗粒,扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)的粒径分析结果显示包裹前UCNPs的平均粒径31.6nm。颗粒红外谱图与DSPE-PEG一致,且表面Zeta电位由-5.15mV变为-9.49mV,表明颗粒表面DSPE-PEG的成功包裹。紫外吸收光谱的检测显示包裹药物后纳米颗粒在290nm和780nm波长出现新的吸收峰,表明盐霉素与IR780的成功加载。含有载药颗粒的溶液中盐霉素的释放浓度48h内可达8μM。光热升温曲线表明1W/cm2的近红外光照射载药颗粒5min可使溶液升温约8℃,提示载药颗粒可能通过光热治疗起到抗肿瘤的效果。
③纳米载药体系体外抗肝肿瘤效果评价
CCK-8检测细胞活力的结果表明构建的纳米载药体系在未加载药物的情况下对细胞活力没有影响,具有良好的生物相容性。CCK-8法检测细胞毒性结果表明,与对照组相比,对应8μM浓盐霉素的纳米载药颗粒处理使肝癌细胞的细胞活力下调至40%,且近红外光照射下细胞活力进一步下调至对照组的10%,表明化疗与光热治疗联合可以进一步提高盐霉素载药体系对肝癌细胞活力的抑制效果。对应2μM盐霉素的纳米载药颗粒处理使肝癌干细胞的细胞活力下调至对照组的25%,但在不同功率近红外光照射下载药颗粒对肝癌干细胞的细胞活力没有明显影响,表明肝癌干细胞的温敏特性可能与肝癌细胞有差异。对应8μM盐霉素的纳米载药颗粒处理使肝癌干细胞的细胞活力下调至对照组的10%,表明加载盐霉素的纳米颗粒对肝癌干细胞有更强的抑制效果。
盐霉素(salinomycin,SAL)是一种对包括LCSCs在内的多种癌干细胞具有选择性抑制作用的药物,也可以有效杀伤对传统化疗药物具有耐药性的癌细胞。IR780碘化物(IR780iodide,IR780)是近年来新兴的癌症光热治疗(photothermal therapy,PTT)中常用的光敏材料,有出色的近红外(near-infrared,NIR)光吸收和光热转换能力,且具有安全和可控等优点。但是,盐霉素和IR780均为疏水性药物,其水溶性差的特点限制了其临床应用。因此,寻找合适的药物递送体系是提高盐霉素和IR780治疗效果研究中亟待解决的问题。
本课题以上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles,UCNPs)作为药物载体,通过两亲性的磷脂聚合物二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(distearoyl phosphor ethanolamine-polyethylene glycol,DSPE-PEG)包裹盐霉素和IR780构建联合化疗和光热治疗的纳米载药体系,并通过体外实验初步评价其抗肝肿瘤效果。本课题的主要研究内容和结果如下:
①肝癌干细胞的富集与鉴定
通过无血清悬浮培养肝癌细胞HCCLM3,富集球体细胞。与HCCLM3细胞相比,流式细胞仪检测结果表明肿瘤球细胞中CD133和CD44表达上调,q-PCR检测发现肿瘤球细胞中Nanog、Sox2、Oct4、CD133、CD44和EpCAM等干性基因表达显著上调,细胞迁移实验证明肿瘤球细胞迁移能力更强,克隆形成实验证明肿瘤球细胞的集落形成数量更多,表明肝癌干细胞的成功富集。
②纳米载药体系的构建及表征
通过DSPE-PEG包裹UCNPs、盐霉素和IR780构建纳米载药颗粒,扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)的粒径分析结果显示包裹前UCNPs的平均粒径31.6nm。颗粒红外谱图与DSPE-PEG一致,且表面Zeta电位由-5.15mV变为-9.49mV,表明颗粒表面DSPE-PEG的成功包裹。紫外吸收光谱的检测显示包裹药物后纳米颗粒在290nm和780nm波长出现新的吸收峰,表明盐霉素与IR780的成功加载。含有载药颗粒的溶液中盐霉素的释放浓度48h内可达8μM。光热升温曲线表明1W/cm2的近红外光照射载药颗粒5min可使溶液升温约8℃,提示载药颗粒可能通过光热治疗起到抗肿瘤的效果。
③纳米载药体系体外抗肝肿瘤效果评价
CCK-8检测细胞活力的结果表明构建的纳米载药体系在未加载药物的情况下对细胞活力没有影响,具有良好的生物相容性。CCK-8法检测细胞毒性结果表明,与对照组相比,对应8μM浓盐霉素的纳米载药颗粒处理使肝癌细胞的细胞活力下调至40%,且近红外光照射下细胞活力进一步下调至对照组的10%,表明化疗与光热治疗联合可以进一步提高盐霉素载药体系对肝癌细胞活力的抑制效果。对应2μM盐霉素的纳米载药颗粒处理使肝癌干细胞的细胞活力下调至对照组的25%,但在不同功率近红外光照射下载药颗粒对肝癌干细胞的细胞活力没有明显影响,表明肝癌干细胞的温敏特性可能与肝癌细胞有差异。对应8μM盐霉素的纳米载药颗粒处理使肝癌干细胞的细胞活力下调至对照组的10%,表明加载盐霉素的纳米颗粒对肝癌干细胞有更强的抑制效果。