摘要
发光金纳米粒子(AuNPs)因其超小的尺寸、可调的光学性质、易表面修饰、良好的稳定性及生物相容性，在生物标记分析、细胞机制研究、疾病的诊疗等领域受到极大关注。其表面配体调控和功能化不仅可以改变其光学性质、改善其稳定性和生物相容性，也可以赋予其特定的功能，对提高其应用价值、拓宽其应用领域具有重要意义。准确控制功能化纳米粒子与活细胞间的相互作用、及其在活体中的代谢与疾病靶向性能的研究对于促进纳米医药学的发展及疾病的诊疗具有深远的意义。因此，我们通过对发光AuNPs的表面配体进行调控，合成了跨膜肽功能化的内源型双发射AuNPs，实现了对活细胞pH的实时可视化成像及其内吞机制研究，并系统研究了表面配体密度对其与肿瘤细胞间的相互作用差异及其作用机制，及其对产生单线态氧的影响及机制，并将其运用于对肿瘤细胞的光动力治疗。最终，将其运用于对活体肿瘤的靶向成像，探究表面配体密度对其在活体层次的肿瘤靶向性及其代谢的影响。具体研究内容及结果概括如下： 通过调控反应液中配体的加入量合成了内源型同时具有810nm和615nm双发射的超小的AuNPs，通过双发射光的比率信号可以实现对活细胞内pH的实时可视化成像、pH反定位细胞中的亚细胞器。并发现在配体中引入少量的跨膜多肽能够增强AuNPs与细胞的作用，增加AuNPs直接跨膜进入细胞的量而不经过溶酶体。本章中对双发射的AuNPs的内吞途径的探索揭示了超小的AuNPs是通过多种内吞方式进入细胞的，进一步深化了研究者对超小的AuNPs与细胞作用机制的认识。本章的研究为功能化内源型双发射AuNPs的设计及其在细胞层次上的传感成像应用提供了新的依据，为细胞状态、功能监测提供了新的思路。 通过对比三种表面配体密度不同的超小AuNPs与细胞膜结合及其内吞情况，揭示了一种表面配体密度调控的超小AuNPs与细胞间相互作用过程。探究发现：低配体密度的AuNPs与细胞作用较快，且具有更强的细胞膜结合能力，但是细胞内吞量较低；而高配体密度的AuNPs与细胞作用较慢，同时表现出弱的细胞膜结合能力，但其主要通过内吞的方式进入细胞。此外，通过研究我们还发现将少量具有细胞膜渗透功能的短肽修饰于AuNPs上，可明显提高其与细胞相互作用的动力学及其通过直接跨膜被细胞内化的量。同时，AuNPs表面配体密度的变化会引起其发射光的变化，尤其是对于pH-响应的双发射光。这一系列的光学变化使本文报道的AuNPs成为十分有用的光学探针用于亚细胞成像及追踪。上述发现极大地丰富了超小的金纳米粒子与细胞相互作用的机制，并为设计表面可调控的功能化纳米粒子及其与细胞相互作用提供了可行的策略。 我们进一步对配体密度不同的超小AuNPs产生单线态氧的效率进行系统对比并探究了其单线态产生的机制，及其在宽的浓度范围内对肿瘤细胞的毒性和对肿瘤细胞的光动力治疗作用。通过以ABDA为单线态氧指示剂，证实了有较长发光寿命的发光AuNPs在光照情况下可以产生单线态氧，且单线态氧的产生机制与Au(I)的含量密切相关。对肿瘤细胞的毒性研究证实了配体密度不同的AuNPs在无FBS情况下及较低的浓度条件下(0.5-1 nM)均可以实现对肿瘤细胞的光动力治疗，也揭示了细胞渗透性多肽修饰的CR-AuNPs对肿瘤细胞具有更强的光动力治疗效果，而且还证实了细胞渗透性多肽能极大增加低配体密度的05CR-AuNPs在高浓度范围内的细胞毒性，即使在无光照有FBS条件下也仍然具有较强的细胞毒性。此外，发光AuNPs对正常细胞基本无毒，说明了其良好的生物安全性及肿瘤特异性靶向能力，有潜力运用于对肿瘤的治疗领域。本章研究不仅为发光AuNPs生物安全性提供了更为深入的认识，也拓宽了其在生物医学中的应用范围。 通过对配体密度不同的发光AuNPs在细胞层次和活体层次对肿瘤的靶向的差异进行对比，发现这些发光AuNPs不仅展示了良好的生物相容性、多种途径的代谢可清除性，也显示了其在细胞层次和活体层次的高效肿瘤靶向性。通过改变发光AuNPs的表面配体密度不仅可以调控其包括血药浓度、代谢清除速度和清除途径等在内的多种活体代谢相关参数，还可以调控其在生物体内的分布提高肿瘤的靶向性。此外，通过对引入少量细胞渗透性的多肽修饰的发光AuNPs在细胞层次和动物层次的研究发现，含有少量细胞渗透性多肽修饰的CR-AuNPs展现出较高的肿瘤细胞靶向性，然而其易被RES器官捕获而降低了其在活体层次的肿瘤组织靶向性。相反，GS-AuNPs展示出较高的肿瘤组织靶向性，尤其是低配体密度的05GS-AuNP，其肿瘤靶向效率可达到5.01%，高于目前报道的发光GS-AuNPs对肿瘤组织的靶向能力。本章的研究不仅拓展了超小的纳米粒子在疾病靶向中的应用，也为构建生物安全性的纳米药物提供了新的研究思路。
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