生物医学材料研究进展

1、生物医学材料研究进展姓名：廖鹏 学号： D14301047 专业：生物工程 指导老师：唐汝培【题目】TPGS-stabilized NaYbF4:Er upconversion nanoparticles for dual-modal fluorescent/CT imaging and anticancer drug delivery to overcome multi-drug resistance【摘要】多药耐药性(MDR) 是在癌症化疗失败的一个主要原因。聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(TPGS)由于能够抑制P-糖蛋白(P-gp)，已经在克服癌症化疗的多药耐药性方面被广泛研究了。在这

2、项研究工作中，TPGS是第一次作为新的表面改性剂功能化NaYbF4：ER上转换纳米粒子(UNCPs)和赋予准备的产品 (TPGS-UCNPs) ，它们具有良好水溶性，P-gp抑制能力和成像制导药属性。在化疗药物(阿霉素，DOX)的加样后，初纺复合材料(TPGS-UCNPs-DOX)展示了对DOX抗性MCF-7细胞的强有力的杀伤能力。流式细胞评估和Western免疫印迹法显示了TPGS-UCNPs能够强有力的减少P-gp的表达和促进细胞内药物蓄积，从而实现MDR逆转。此外，考虑到UCNPs过程有效的上转换发射和包含在UCNPs中的Yb镱元素有很强的X射线衰减能力,获得的复合材料也可以作为一种双模

3、型探针，这种探针用于上转换发光(UCL)成像和X射线计算机断层扫描(CT)成像，从而使它们有希望能够运用于成像制导癌症治疗。【前言】化疗是一种在临床上癌症治疗的前线策略之一。然而，传统的癌症化疗在至少50%的病人中被多药耐药性(MDR)限制了。迄今为止，最好的特征MDR机制之一包括在细胞膜上ATP-binding盒式(ABC)运载体和p-糖蛋白(P-gp)的过度表达。P-gp可以通过积极增加各种抗癌药物逆浓度梯度细胞外排而保护细胞，从而减少这些药物细胞内水平使之低于有毒浓度。为了克服MDR，在过去几十年里付出相当大的努力一直在开发P-gp抑制剂。最近，一些非离子表面活性剂（例如，吐温类、跨度、

4、普朗尼克嵌段共聚物和TPGS）显示出通过抑制P-gp射流泵去调节细胞药物运输活性从而影响药物动力学。TPGS(D-a-聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯), 一种被广泛运用于食品药品工业的水溶性维生素E琥珀酸酯，被显示是一种最有效的商用P-gp抑制剂表面活性剂之一。TPGS的共给药能够抑制P-gp介导耐多药且能增加抗癌药物的口服生物利用度。可惜的是，受限于自身的特点，仅仅将TPGS与治疗药物结合是远远达不到现代个人化的癌症治疗要求的，其中诊断和治疗应该同时实现。纳米技术提供了一个多功能的药物输送和纳米医学的平台，是解决治疗中肿瘤的异质性和适应性耐药挑战的关键。纳米载体的首个优势是其在多功能性方面

5、的潜能，这种纳米载体能够使药物调节、亲和配体和成像部分以单个对象来实现目标和实时跟踪药物输送。此外，已经证实了这些纳米材料在肿瘤组织中比正常组织增强了渗透率和保留率(EPR)效率。最近兴起的掺杂镧系元素上转换纳米材料(UCNPs)，这种材料能够通过一个非线性反斯托克斯过程有效地把接收的两个或两个以上低能近红外转换为一个更高的能量紫外线/可见光，是理想的用于制作多功能治疗诊断药剂的构建模块，这个模块可以用于同步诊断和治疗。此外，由于它们在基质组成中的高度可行性，许多功能元件能够被引入UCNPs主体。如果那样，这些发光的UCNPs运用于X光计算机断层扫描(CT)，正电子发射断层扫描(PET)，单光

6、子发射计算机断层扫描(SPECT)和磁共振(MR)成像已经被深入研究了。除了它们的多成像功能，基于UCNPs的具有通用表面功能和独特的结构特点的纳米材料在抗癌治疗方面吸引了大量的关注。然而，尽管许多先锋研究见证了UCNPs在癌症诊断和治疗方面利用功能化的快速发展，使用基于UCNPs的治疗诊断的纳米医学在耐多药癌细胞的有效治疗方面以我们目前的知识手段还没有实现。因此，UCNPs整合了TPGS做为药物载体可能提供一种同时实现对耐药肿瘤细胞多模式成像和高效治疗的新的可能性。在这方面，第一次，TPGS-功能化 NaYbF4：ER上转换纳米粒子(TPGS-UCNPs)被开发成一种新型的P-糖蛋白抑制剂和

7、纳米载体，这种材料能够加样油脂阿霉素（DOX ）从而防治DOX-抗性 MCF-7癌细胞。考虑到TPGS的两性结构是由一个亲脂的非极性(水不溶性)头和一个亲水(水溶性)挂钩的尾巴而组成，TPGS能够作为表面改性剂功能化这些油酸（OA）加帽UCNPs从而使它们通过疏水-疏水相互作用而溶于水，并且在阿霉素加样中形成一个疏水层。由于从转换的Er离子强烈的上转换发光（UCL）和Yb元素的高度x射线吸收能力，TPGS-UCNPs也可以作为一种双模式的UCL/CT成像对比剂。细胞敏感性荧光成像和高度3D分辨率CT技术的结合可以提供更多的癌组织的准确信息。在加样DOX后，这些具有双模式成像，P-糖蛋白抑制剂和药物输送能力的复合物是成像制导MDR逆转疗法潜在的候选。因此，多功能UCNPs 和P-gp抑制剂表面活性剂的结合将提供一个构建抗MDR癌症的纳米级治疗诊断药剂的新的和稳健的选择。【总结】总之，TPGS被运用作为一种新的UCNPs的表面修饰剂，TPGS-稳定化UCNPs可以很好地存储在各种生理解决方案里。更重要的是，UCNPs表面上TPGS的存在赋予它们P-糖蛋白抑制能力，并且能够显著地克服在加样DOX后在DOX-抗性MCF-7细胞中的MDR。此外，这些包含