摘要
贵金属团簇是指由几个至几百个贵金属原子构成的结构相对稳定的分子聚集体。其物理尺寸通常介于原子和纳米颗粒之间，接近于单电子的费米波长。贵金属团簇由于其具有特殊的物理及化学性质，如超小的尺寸、精确的结构组成、光致发光、X射线吸收、体内代谢速度快和良好的生物相容性等，使其在生物分析与生物医学领域获得广泛关注。尤其是其明确的分子组成及良好的生物安全性等优势，使其在单细胞成像分析及恶性肿瘤治疗等领域具有潜在的应用前景。本论文通过优化合成条件制备了一系列基于金、铂等贵金属团簇的生物纳米材料，通过一步生物矿化或配体共价修饰等方法使贵金属团簇功能化，将具有多功能生物效应的纳米团簇应用于细胞成像分析及高效肿瘤治疗研究。主要的研究工作概括如下: (1)金钆复合团簇探针的制备及单细胞表面整合素蛋白定量分析研究 整合素αⅡBβ3是人红白血病细胞（HEL细胞）膜上表达的重要功能蛋白，其表达水平与细胞之间的信号转导有密切相关性，同时对肿瘤细胞相互作用的信号通路的激活具有重要作用。因此，实现单细胞水平上整合素αⅡBβ3蛋白的定性及定量分析对于研究其功能特性具有重要意义。基于此目的，本课题通过生物矿化法合成了具有明确结构组成的金钆复合团簇荧光探针，将设计的具有靶向整合素αⅡBβ3蛋白功能的CV多肽(H2N-CCYKKKKQAGDV-COOH)通过共价偶联的方法修饰在团簇探针表面，形成了具有靶向功能、荧光定位、质谱信号等多功能化的AuGdNC@BSA-CV团簇探针。利用激光共聚焦成像的方法实现了HEL细胞膜表面整合素αⅡBβ3的荧光标记成像，并通过荧光抗体共定位及多肽封闭实验证明了该团簇探针的靶向特异性。最后通过电感耦合等离子体质谱技术测量了单细胞表面金属探针的含量，借助于团簇探针的明确组成，准确获知整合素αⅡBβ3蛋白的表达量。该项工作为在单细胞水平上对肿瘤细胞标志物蛋白进行原位定位观察和精准定量分析提供了一种新颖的、简便的方法。 (2)功能化团簇探针标记的肿瘤细胞同步辐射三维成像分析研究 高分辨的生物成像技术对于认识和理解细胞及功能蛋白的结构和功能是最为直观、有效的方法。目前激光共聚焦显微成像、生物电子显微成像、超分辨成像等技术虽已广泛用于生物成像，但具有样品制备过程复杂、分辨率受限、不能完整地观察细胞结构等缺点，需要发展一种高分辨、三维结构无损的单细胞成像分析的新方法。随着同步辐射技术的发展，同步辐射软X射线Nano-CT成像技术目前的分辨率已经可以达到20nm，并且能够通过特征元素对X射线的吸收能力，实现完整单细胞等生物样品的成像。基于此，在前期利用团簇探针在单细胞水平实现整合素αⅡBβ3的原位标记及定量分析的基础上，利用同步辐射扫描透射双能软X射线成像技术，依靠对复合团簇探针中特征Gd元素的分析，实现了探针原位标记的单细胞的高分辨三维成像，同时也实现了单细胞水平整合素αⅡBβ3蛋白的三维分布和定量研究。所以，利用合适的X射线成像的多功能探针，将X射线同步辐射显微成像技术与纳米探针技术相结合，建立高分辨、三维结构无损的单细胞成像技术对于发展新型生物样本及生物大分子的高分辨率空间定位与高灵敏定量分析具有重要的意义。 (3)铂团簇应用于三阴性乳腺癌模型的治疗研究 三阴性乳腺癌是指肿瘤组织免疫组化中雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和人类表皮生长因子受体-2(Her-2)均为阴性的乳腺癌。三阴性乳腺癌具有恶性程度高，预后效果差等特点。铂类药物是临床上为数不多且应用广泛的金属类抗肿瘤药物。虽然铂类药物对肿瘤治疗效果明显，但是其治疗过程中对机体带来的毒副作用过大，如肾毒性、肝毒性、神经毒性等，这些毒副作用严重限制了铂类化疗药物的广泛应用。而贵金属团簇具有不同于小分子药物的独特的物理化学性质。基于此，合成了具有明确分子组成和抗肿瘤效果的铂团簇纳米分子药物。该铂团簇分子对三阴性乳腺癌细胞的生长具有明显的抑制效果。与一线临床药物卡铂相比，在相同的给药剂量下，铂团簇分子在三阴性乳腺癌小鼠肿瘤模型中表现出相同的治疗效果，且具有更好的生物安全性。相比于铂类药物中安全性最高的卡铂药物，铂团簇分子药物对小鼠肝脏及肾脏等主要脏器没有产生明显的毒副作用，且给药铂团簇的荷瘤小鼠具有更长的生存期。具有精确结构的多核铂团簇在抗肿瘤治疗中具有提高疗效和降低全身毒副作用的效果。该研究工作解决了临床中铂药分子对机体的高毒副作用的问题，为构建新型抗肿瘤铂类药物开辟了新的思路。
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