携载阿霉素的纳米磁性氧化铁与牛血清白蛋白、血红蛋白作用的研究

论文摘要

阿霉素是临床治疗上使用的抗癌药物,对各种生长周期的肿瘤细胞均有杀灭作用。但由于会对机体产生广泛的非特异性细胞毒性,以及由此引起的均摊效应,使得其在肿瘤处停留的药物浓度远低于杀灭癌变细胞所需要的量。因此,阿霉素在临床治疗的应用上一直受到限制。为解决这个问题,科研工作者提出了靶向药物系统的概念。在众多的靶向载体中,纳米氧化铁因其良好的生物相容性和独特的超顺磁性,展现出了光明的临床应用前景。其靶向原理为：通过施加一个外部磁场,使携载药物的磁流体在肿瘤处停留,增大与作用位点结合的有效药物浓度,从而达到定向治疗的目的。蛋白质作为生命活动的重要物质基础,是生物体功能的执行者。药物进入生物体后将与蛋白质分子发生结合,表现出毒性。目前,在分子水平上探究靶向药物系统与生物大分子（如蛋白质、DNA）的相互作用,评价其对血液中传输蛋白结构和功能影响的研究尚未见报道。本论文采用化学共沉淀的方法合成了具有超顺磁性的氧化铁纳米粒子,并利用亚铁离子作为媒介,实现了阿霉素在纳米粒子上的搭载；然后利用光谱学技术与分子对接模型对靶向药物系统（Doxorubicin-SPION）与蛋白质分子的结合机理进行研究,评价其生物毒性。本研究为进一步评价靶向药物系统的临床应用前景提供了新的思路和切实的参考依据。论文主要包括以下三个部分：第一部分：靶向药物系统（Doxorubicin-SPION）的合成与表征。我们采用化学共沉淀的方法合成了磁性氧化铁纳米粒子,通过高温下的柠檬酸修饰,提高了纳米粒子在水溶液中的稳定性；然后利用亚铁离子作为媒介,将阿霉素负载到粒子表面；利用X射线衍射物相分析、磁滞回线、高分辨透射电子显微镜以及红外光谱等手段,对靶向药物系统的物理化学性质进行了表征。第二部分：在模拟生理条件下,利用紫外吸收光谱、圆二色谱、荧光光谱和同步荧光光谱定性定量地研究了DOX-SPION对牛血清白蛋白（BSA）结构的影响。研究发现：与DOX-SPION的结合使蛋白分子的α-螺旋含量由68.72%降至62.76%,自身的骨架结构变得松散,氨基酸残基所处的微环境趋向亲水性：Stern-Volmer分析和分子对接模型的计算结果表明,DOX-SPION对BSA的荧光猝灭类型为静态猝灭,两者间以氢键为主要作用力形成了稳定复合物,结合常数为5.2×1010Lmol-1,结合位点位于BSA分子的区域Ⅰ外部。第三部分：在模拟生理条件下,利用光谱学技术与分子对接模型研究了DOX-SPION与牛血红蛋白（BHb）的结合情况。紫外吸收光谱和同步荧光光谱实验证实,DOX-SPION可以使BHb骨架结构展开,从而导致氨基酸残基所处的微环境渐趋向于亲水性；分析体系的圆二色谱图,计算确定蛋白质分子的α-螺旋含量由38.89%下降至35.08%,表明BHb的二级结构发生变化；通过Stern-Volmer计算分析,发现两者的结合过程包含连续的两步反应,并确定其结合方式均为静态结合；分子对接模型的结果表明,搭载在纳米粒子表面的DOX分子首先粘结在BHb的外部区域（Site1）,引起蛋白分子结构的改变,使原结构中的凹槽区域暴露出来,为粒子进一步结合到新位点（Site2）创造了条件,最终,两者通过氢键作用生成稳定的复合物。本论文的研究成果表明,靶向药物系统（DOX-SPION）与传输蛋白的结合会导致蛋白分子构象的变化,进而可能影响到其正常生理功能的表达。本研究为在分子水平上进一步评价纳米相靶向药物系统的生物学效应提供了新的方法和参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 靶向药物概述
• 1.1 靶向纳米药物的定义
• 1.2 靶向药物系统的原理
• 1.3 靶向药物系统的优点
• 2 纳米氧化铁在肿瘤热疗中的应用
• 2.1 磁靶向热疗的概念及原理
• 2.2 磁性纳米粒子在肿瘤热疗中的应用
• 2.2.1 磁流体热疗
• 2.2.2 磁性脂质体
• 2.2.3 磁性玻璃陶瓷纳米粒子
• 2.2.4 其他含铁纳米粒子
• 2.2.5 与其他方法的联合治疗
• 3 氧化铁纳米粒子的毒理学研究进展
• 3.1 氧化铁纳米粒子在生物体内的分布与转移
• 3.1.1 氧化铁纳米粒子在动物体内的分布
• 3.1.2 经修饰的氧化铁纳米粒子在动物体内的分布
• 3.1.3 外加磁场对氧化铁纳米粒子体内分布的影响
• 3.2 氧化铁纳米粒子的细胞毒性
• 3.3 氧化铁纳米粒子对细胞的氧化应激作用
• 3.4 氧化铁纳米材料的生物相容性
• 4 靶分子概述
• 4.1 蛋白质的基本资料
• 4.2 血清白蛋白
• 4.3 血红蛋白
• 5 研究方法与技术
• 5.1 X射线衍射物相分析
• 5.2 磁滞回线
• 5.3 高分辨透射电镜
• 5.4 傅里叶变换红外光谱
• 5.5 荧光光谱技术
• 5.6 紫外-可见吸收光谱技术
• 5.7 圆二色性光谱技术
• 5.8 分子对接技术
• 6 本论文的研究目的与研究内容
• 6.1 研究背景
• 6.2 研究内容
• 第二章 携载阿霉素的氧化铁纳米磁性粒子的合成与表征
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 仪器
• 2.2 试剂
• 2.3 实验方法与步骤
• 2.3.1 DOX-SPION的制备
• 2.3.2 DOX-SPION的表征
• 3 结果与讨论
• 3.1 X射线衍射物相分析
• 3.2 磁滞回线的测定
• 3.3 高分辨透射电子显微镜
• 3.4 DOX搭载量的确定
• 3.5 单位变换计算：质量→摩尔
• 4 结论
• 第三章 DOX-SPION与牛血清白蛋白相互作用的光谱学与分子模型研究
• 1 引言
• 2 试验部分
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 吸收光谱
• 2.3.2 圆二色谱
• 2.3.3 荧光和同步荧光光谱
• 2.3.4 分子对接模型
• 3 结果与讨论
• 3.1 BSA结构变化的研究
• 3.1.1 吸收光谱
• 3.1.2 同步荧光光谱
• 3.1.3 圆二色谱
• 3.2 作用机理的研究
• 3.2.1 DOX-SPION对BSA的荧光猝灭作用
• 3.2.2 BSA的荧光猝灭方式
• 3.2.3 结合常数和结合位点数的确定
• 3.2.4 分子对接模型
• 4 结论
• 第四章 DOX-SPION与牛血红蛋白相互作用的光谱学与分子模型研究
• 1 引言
• 2 试验部分
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 吸收光谱
• 2.3.2 圆二色谱
• 2.3.3 荧光和同步荧光光谱
• 2.3.4 分子对接模型
• 3 结果与讨论
• 3.1 BHb结构的变化
• 3.1.1 吸收光谱
• 3.1.2 同步荧光光谱
• 3.1.3 圆二色谱
• 3.2 作用机理的研究
• 3.2.1 DOX-SPION对BHb的荧光猝灭作用
• 3.2.2 BHb的荧光猝灭方式
• 3.2.3 结合常数和结合位点数的确定
• 3.2.4 分子对接模型
• 4 结论
• 第五章 总结与展望
• 1 主要结论
• 1.1 Doxorubicin-SPION的合成与表征
• 1.2 Doxorubicin-SPION与BSA的相互作用机理
• 1.3 Doxorubicin-SPION与BHb的相互作用机理
• 2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表和待发表的学术论文目录
• 攻读硕士学位期间所获奖励
• 硕士研究生期间参与完成的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表