基因工程多肽杂化纳米颗粒的制备及在生物成像和疾病治疗中的应用

论文摘要

无机纳米材料因具有独特的光学、电学、磁学等性质而被广泛应用于生物医学领域。其中,量子点,尤其是硫化银量子点因独特的近红外二区荧光、不含重金属元素等特点而广泛用于生物成像和癌症治疗。但是,硫化银量子点的应用仍然面临着一些问题,如荧光量子产率低、合成工艺繁琐、在酸性条件下稳定性差等。基因工程多肽是通过基因工程的方法合成的根据不同的需求而调节其序列的多肽,这种生物相容性较好的生物材料可以特异性地与硫化银量子点相互作用,改善其荧光属性和稳定性,也可以作为生物模板介导硫化银量子点的水相合成。基于此,本论文主要研究基于基因工程多肽和硫化银量子点、银纳米颗粒的纳米探针的制备及其在生物成像及肿瘤治疗和伤口愈合中的应用。论文主要的工作包括:（1）设计和合成了一种新型的硫化银量子点和多肽杂化的多功能纳米探针用于肿瘤的双模式成像和光热治疗。基因工程多肽可以通过分别形成五聚体的结构域P和形成四聚体的结构域A的自组装成纳米胶。油溶性的硫化银量子点通过超声的方法被包裹进PC10ARGD纳米胶中的疏水性区域从而构建了Ag2S QDs@PC10ARGD杂化纳米胶,这种方法可以最大程度的保留硫化银量子点的荧光量子产率。实验结果表明硫化银量子点均匀分散在PC10ARGD多肽纳米胶内,该杂化纳米胶具有良好的稳定性和生物相容性。靶向RGD三肽通过识别高表达αvβ3整合素受体的细胞介导细胞对杂化纳米胶的特异性摄取。体内和体外实验结果表明该杂化纳米胶可以作为诊疗一体化探针用于近红外二区荧光成像、光声成像和肿瘤的光热治疗。（2）直接水相合成了一种基因工程多肽稳定的硫化银量子点用于肿瘤的双模式成像和光热治疗。通过基因工程的方法在多肽RGDPC10A的碳端和氮端分别引进三个含巯基的半胱氨酸构建多肽cys RGDPC10Acyscys,该多肽可用作模板在水溶液中一步合成硫化银量子点。基因工程多肽稳定的硫化银量子点的特性显著提高,如具有高的胶体稳定性、抗光漂白能力和高的荧光量子产率。基因工程多肽稳定的硫化银量子点可用于体内荧光成像和光声成像的双模式成像,同时因其具有较高的光热转换效率和较好的光热稳定性,可用于肿瘤的光热治疗。（3）利用种子生长法合成了一种基因工程多肽稳定的核壳型硫化银量子点用于极酸条件下的p H荧光响应和成像。基因工程多肽cys RGDPC10Acyscys稳定的硫化银量子点作为种子在加入盐酸后继续生长形成核壳型硫化银量子点。核壳型硫化银量子点的荧光发射峰在1200纳米左右,且荧光强度显著增强。实验结果表明核壳型硫化银量子点在酸性条件下具有较好的p H荧光响应,随着p H的降低荧光逐渐增强。核壳型硫化银量子点的荧光强度与p H具有较好的线性关系,而且其具有优良的p H可逆性,核壳型硫化银量子点适合监测p H的改变。由于酸性条件下带正电荷的硫化银量子点表面的多肽与带负电荷的革兰氏阴性细菌有强烈的静电相互作用,且近红外二区荧光可以有效避免生物自发荧光的干扰,所以核壳型硫化银量子点非常适合酸性条件下革兰氏阴性细菌的成像。（4）一步原位合成了一种基于银纳米颗粒和多肽的杂化纳米胶用于伤口的抗菌和治疗。我们以银离子为原料,I-2959为光引发剂,采用365 nm UV光照在PC10ARGD纳米胶内原位合成了银纳米颗粒。通过改变多肽和硝酸银的浓度可以分别调节多肽纳米胶和银纳米颗粒的尺寸。体外实验表明银纳米颗粒-多肽杂化纳米胶对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌都有良好的抗菌效果。细胞实验证明银纳米颗粒-多肽杂化纳米胶具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性。体内实验表明银纳米颗粒-多肽杂化纳米胶具有抗菌和促进伤口愈合的能力。总之,本论文主要解决了硫化银量子点面临的一些问题,包括:通过基因工程多肽自组装形成的纳米胶包裹油溶性的硫化银量子点获得高量子产率的多肽-硫化银量子点杂化纳米探针;通过改变基因工程多肽中半胱氨酸的含量调节水相合成硫化银量子点的荧光和稳定性;通过种子介导的生长方法合成了在酸性条件下荧光增强的硫化银量子点。另外,我们通过原位紫外光照的方法合成了银-多肽杂化纳米胶,该方法为合成多肽-硫化银杂化纳米胶提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 前言
•   1.2 无机纳米材料的种类及应用
•   1.3 多肽的生物医学应用
•   1.4 课题思路与主要工作
• 2 基因工程多肽-硫化银量子点杂化纳米胶的制备及其靶向近红外二区荧光和光声成像及光热治疗
•   2.1 引言
•   2.2 探针的合成及成像和治疗研究的方法
•   2.3 探针的表征及在荧光/光声成像和光热治疗中的应用
•   2.4 本章小结
• 3 原位水相合成基因工程多肽包裹的硫化银量子点用于近红外二区荧光/光声成像和光热治疗
•   3.1 引言
•   3.2 硫化银量子点的合成及成像和治疗研究的方法
•   3.3 硫化银量子点的表征及在荧光/光声成像和光热治疗中的应用
•   3.4 本章小结
• 4 种子生长法合成基因工程多肽稳定的硫化银量子点及在极酸环境下的pH荧光响应和成像
•   4.1 引言
•   4.2 核壳型硫化银量子点的合成及荧光pH响应和成像研究的方法
•   4.3 核壳型硫化银量子点的表征及荧光的pH响应和成像应用
•   4.4 本章小结
• 5 一步原位合成Ag@PC10ARGD杂化纳米胶及其抗菌应用
•   5.1 引言
•   5.2 探针的合成及抗菌研究的方法
•   5.3 探针的表征及抗菌和促进伤口愈合的应用
•   5.4 本章小结
• 6 全文总结
•   6.1 结论
•   6.2 创新
•   6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间已发表的学术论文
• 附录2 博士期间获得的奖励及荣誉称号

文章来源

类型: 博士论文

作者: 赵冬辉

导师: 刘波,赵元弟

关键词: 基因工程多肽,杂化纳米胶,光热治疗,近红外荧光成像,光声成像

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,医药卫生科技

专业: 生物学,材料科学,生物医学工程

单位: 华中科技大学

分类号: R318;TB383.1

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.004922

总页数: 135

文件大小: 21691k