荧光硅纳米颗粒在实时荧光生物成像方面的基础应用研究

论文摘要

近些年,科研人员开发了多种类型的荧光纳米材料,为一系列涉及细胞或活体动物的生物学及生物医学研究提供了帮助。其中,具有良好光学性质和生物相容性的小尺寸荧光硅纳米颗粒（silicon nanoparticles,SiNPs）可作为荧光探针被应用于实时荧光生物成像。本篇论文中,我们探究了荧光硅纳米颗粒在细胞层面和活体层面的实时荧光生物成像应用。主要内容包括:第一章:简述硅基纳米材料在生物成像领域的发展和应用,介绍荧光硅纳米颗粒在荧光生物成像方面的研究进展,并阐明本篇论文的研究依据和研究内容。第二章:对制备的荧光硅纳米颗粒进行表征,并将其作为示踪剂,对小鼠黑色素瘤模型中的浅表前哨淋巴结（sentinel lymph nodes,SLN）进行实时荧光成像。结果显示,荧光硅纳米颗粒在体外模拟的生理条件下具备良好的光稳定性和分散稳定性。瘤周皮下注射荧光硅纳米颗粒后,我们可以在长波紫外线（ultravioletA,UV-A）的照射下通过肉眼实时观察浅表前哨淋巴结被荧光标记的过程。整个成像过程操作简便,所需仪器仅为一盏手持紫外灯。在荧光信号的指导下,我们还可以完整切除被荧光硅纳米颗粒标记的前哨淋巴结。对切除后的前哨淋巴结进行组织切片分析可以确定被荧光标记的前哨淋巴结中发生了肿瘤转移。相对于临床常用的前哨淋巴结荧光示踪剂吲哚菁绿（indocyanine green,ICG）,荧光硅纳米颗粒的淋巴扩散速度较快且更容易被淋巴系统吸收。此外,在小鼠体内对荧光硅纳米颗粒的生物分布及代谢进行研究发现,皮下注射的荧光硅纳米颗粒可在24 h之内被降解代谢出体外,且在注射后14天内不会对小鼠主要器官造成不良影响。同时,荧光硅纳米颗粒也不会引起注射部位皮肤的炎症反应和坏死或在皮肤上留下难以祛除的印迹。最后,我们总结了荧光硅纳米颗粒与常用前哨淋巴结示踪剂（例如亚甲基蓝和吲哚菁绿）相比所存在的优势和不足。第三章:制备基于荧光硅纳米颗粒-硫酸鱼精蛋白（protamine sulfate,PS）复合物（PS-decorated SiNPs,PS@SiNPs）的质粒 DNA（plasmid DNA,pDNA）载体（PS@SiNPs loaded with pDNA,PS@SiNPs-pDNA）,并对其进行表征,进一步检测该基因载体的转染效率。通过静电作用使PS@SiNPs吸附质粒DNA,构建得到基于荧光硅纳米颗粒的基因载体。研究发现,这种载体不仅可以将吸附的质粒DNA递送至细胞内部,实现外源基因的细胞内转染,还能保护质粒DNA不受多种生理环境和脱氧核糖核酸酶I（deoxyribonuclease I,DNase I）的影响。接下来,利用荧光硅纳米颗粒良好的光学性质,通过分析PS@SiNPs-pDNA在与细胞共孵育后不同时间点的亚细胞分布,证明了该基因载体具备溶酶体逃逸功能。最终,在对孵育了 PS@SiNPs-pDNA的细胞进行长程（25 min）实时荧光成像的过程中,我们通过追踪荧光硅纳米颗粒的光学信号观察到了基因载体进入细胞核的完整动态过程。综上所述,我们首先探究了荧光硅纳米颗粒对肿瘤模型中的前哨淋巴结进行实时荧光标记的能力,并将荧光硅纳米颗粒发展为一种操作简便的前哨淋巴结实时荧光成像工具。然后,我们还对荧光硅纳米颗粒基因载体的细胞转染过程进行了实时荧光示踪。以上研究成果对进一步推动硅基纳米材料在荧光生物成像领域的应用具有积极的意义。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 硅纳米材料在生物成像领域的应用研究概述
•     1.2.1 硅纳米材料在磁共振成像方面的应用
•     1.2.2 硅纳米材料在荧光成像方面的应用
•   1.3 荧光硅纳米颗粒在荧光生物成像方面的应用研究进展
•     1.3.1 荧光硅纳米颗粒在细胞水平荧光成像中的应用
•     1.3.2 荧光硅纳米颗粒在活体水平荧光成像中的应用
•   1.4 本文的立题依据、研究意义以及主要研究内容
•     1.4.1 本文的立题依据和研究意义
•     1.4.2 本文的主要研究内容
•   参考文献
• 第二章 荧光硅纳米颗粒用于裸眼观察下的浅表前哨淋巴结实时荧光成像
•   2.1 前言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验试剂耗材与设备
•     2.2.2 荧光硅纳米颗粒的制备
•     2.2.3 荧光硅纳米颗粒的表征分析
•     2.2.4 体外模拟的生理环境下的荧光硅纳米颗粒稳定性检测
•     2.2.5 荧光硅纳米颗粒工作浓度的探究
•     2.2.6 细胞培养
•     2.2.7 黑色素瘤模型的构建
•     2.2.8 手术解剖后的肿瘤模型中前哨淋巴结的实时荧光成像与切除
•     2.2.9 肿瘤模型中浅表前哨淋巴结的实时荧光成像与切除
•     2.2.10 淋巴结的组织切片分析
•     2.2.11 荧光硅纳米颗粒的淋巴扩散效率与淋巴结滞留时间评估
•     2.2.12 荧光硅纳米颗粒的淋巴吸收效率评估
•     2.2.13 荧光硅纳米颗粒的皮肤毒性评估
•     2.2.14 荧光硅纳米颗粒的生物分布及代谢情况分析
•     2.2.15 小鼠皮下注射荧光硅纳米颗粒后的体重检测及组织病理学检查
•   2.3 实验结果与讨论
•     2.3.1 荧光硅纳米颗粒的表征
•     2.3.2 荧光硅纳米颗粒在生理条件下的稳定性检测
•     2.3.3 用于前哨淋巴结实时成像的荧光硅纳米颗粒浓度的探究
•     2.3.4 手术解剖后的黑色素瘤模型中前哨淋巴结的裸眼实时观察与荧光指导切除
•     2.3.5 浅表前哨淋巴结的裸眼实时观察与荧光指导切除
•     2.3.6 淋巴结的组织切片分析
•     2.3.7 荧光硅纳米颗粒的淋巴扩散效率与淋巴结滞留时间
•     2.3.8 荧光硅纳米颗粒的淋巴吸收效率
•     2.3.9 皮下注射的荧光硅纳米颗粒在小鼠体内的生物分布及代谢情况
•     2.3.10 荧光硅纳米颗粒的皮肤毒性评估
•     2.3.11 小鼠皮下注射荧光硅纳米颗粒后的组织病理学检查
•     2.3.12 亚甲基蓝、吲哚菁绿与荧光硅纳米颗粒在前哨淋巴结成像方面的比较
•   2.4 结论
•   参考文献
• 第三章 基于荧光硅纳米颗粒的基因载体用于细胞转染过程的实时荧光成像
•   3.1 前言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验试剂耗材和设备
•     3.2.2 荧光硅纳米颗粒的制备
•     3.2.3 PS@SiNPs的制备与表征
•     3.2.4 细胞培养
•     3.2.5 细胞转染效率检测
•     3.2.6 PS@SiNPs-pDNA在不同环境下对质粒DNA的保护作用分析
•     3.2.7 PS@SiNPs-pDNA对质粒DNA的酶降解保护作用分析
•     3.2.8 PS@SiNPs-pDNA溶酶体逃逸功能检测
•     3.2.9 活细胞实时荧光成像
•   3.3 实验结果与讨论
•     3.3.1 荧光硅纳米颗粒以及PS@SiNPs-pDNA的表征
•     3.3.2 PS@SiNPs-pDNA的细胞转染效率
•     3.3.3 PS@SiNPs-pDNA对质粒DNA的保护作用
•     3.3.4 PS@SiNPs-pDNA的溶酶体逃逸能力
•     3.3.5 活细胞内PS@SiNPs-pDNA转运过程的实时动态荧光示踪
•   3.4 结论
•   参考文献
• 第四章 总结和展望
•   4.1 全文总结
•   4.2 论文的创新点和不足
•   4.3 研究展望
• 攻读硕士学位期间本人已完成或已发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王晨羽

导师: 何耀

关键词: 荧光硅纳米颗粒,实时荧光成像,前哨淋巴结,基因转染

来源: 苏州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 苏州大学

分类号: Q-334

DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.000048

总页数: 104

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