摘要
目前，癌症仍是人类面临的主要致命疾病之一。其传统治疗手段手术、放疗和化疗存在效果不理想、毒副作用大、易复发转移等问题，且单一的治疗方式难以应对肿瘤的异质、复杂和耐药性。基于易功能化、靶向性、良好生物相容性和高效药物递送能力，纳米药物在改善肿瘤治疗方面展现出巨大优势。尤其是针对肿瘤微环境（TME）特点设计的多功能“all-in-one”诊疗纳米药物，可以实施TME调控、TME响应性药物释放及多种治疗手段的联合，有望实现彻底治愈肿瘤。然而，传统的多功能纳米材料制备往往涉及复杂多步合成过程，且每一步程序无法精确控制，导致了纳米药物单分散性差及批次之间差异性较大，极大限制了其在临床应用中的推广。近年来，微流控技术作为一种在微米尺度空间操控流体的先进技术，可精确控制纳米材料形成的四个阶段：形成过饱和溶液、成核、生长和凝聚，从而控制纳米颗粒的组成、粒径和形貌等，在高质量纳米药物的制备领域已经展现出巨大潜力。 凭借良好的磁共振（MR）成像和化学动力学治疗（CDT）的性能，铁基纳米平台在肿瘤精准诊疗领域具有得天独厚的优势。其一，铁基纳米平台能够在酸性TME中响应性释放铁离子（Fe3+）或亚铁离子（Fe2+），从而通过Fe3+介导的类芬顿反应或Fe2+介导的芬顿反应产生高毒性的羟基自由基（?OH），用于肿瘤的选择性CDT。其二，释放的Fe3+或Fe2+能与其他功能材料协同，在TME中实现Fe3+与Fe2+之间的经典循环反应，从而持续产生活性氧（ROS）并消耗谷胱甘肽（GSH），降低癌细胞的抗氧化能力，实现增强的协同治疗。其三，基于自身的MR成像性能和酸响应Fe3+释放特性，铁基纳米平台能够实现肿瘤部位增强的MR成像，从而提高诊断的精准性。然而，一方面，TME中过量的GSH可以清除?OH，降低氧化应激；另一方面，单一的内源性过氧化氢（H2O2）不足以支持?OH的持续生成，从而显著降低铁基纳米材料的抗肿瘤效果。因此，针对TME开发的智能型铁基纳米平台在改善肿瘤诊疗方面具有重要意义。 基于此，本论文利用微流控技术构建了癌细胞膜（CCMs）伪装的超小四氧化三铁（Fe3O4）纳米团簇、纤连蛋白（FN）包裹的聚多巴胺（PDA）铁（Fe）纳米复合物和简单组分的Fe多酚网络纳米胶囊三种新型多功能纳米药物递送平台，以提高药物在肿瘤部位的富集和降低对正常组织的毒副作用，从而达到“减毒增效”的目的，实现肿瘤的精准诊疗。本论文的主要研究内容如下： （1）智能超小四氧化三铁纳米团簇的微流控合成及其肿瘤动态磁共振成像引导的多模态治疗。 TME中含有高浓度的GSH，这是癌细胞抗氧化能力的重要体现，也是一大潜在的治疗靶点。超小Fe3O4纳米颗粒在离散状态和形成团簇的聚集状态下分别展现出T1主导和T2主导的MR成像特性。通过GSH响应性化学键偶联形成的超小Fe3O4纳米团簇，不仅能消耗TME中GSH，还能通过团簇到颗粒的响应性解离实现肿瘤部位T2/T1的动态可切换MR成像。在第二章，我们利用微流控技术将光热剂PDA包覆预制的胱胺交联的铁纳米团簇用于负载化疗药物顺铂并进行CCMs包覆伪装，以实施增强型肿瘤动态MR成像引导的光热治疗（PTT）/化疗/CDT。 结果显示，和传统湿化学法合成的同类材料相比，制备的多功能超小Fe3O4纳米团簇（简称FDPCNCs）尺寸更均匀（35.4nm），具有更优良的胶体稳定性、细胞内ROS生成和GSH耗竭能力、光热转换效率（46.2%）和抗癌活性。由于CCMs伪装赋予的同源肿瘤的靶向性、PDA赋予的光热性能、GSH触发的NCs解离和GSH/pH响应的顺铂/Fe的释放，FDPCNCs可以在近红外激光照射下实现肿瘤动态T2/T1切换的MR成像和PPT/化疗/CDT联合治疗。这种通过微流控技术合成的高质量FDPCNCs也能够用于其他类型肿瘤的多模态精准治疗，具有巨大的临床转化潜力。 （2）纤连蛋白包裹的聚多巴胺铁纳米复合物的微流控合成及其MR成像引导的多模态治疗。 TME中内源性H2O2不足往往限制了CDT疗效。青蒿琥酯（ART）作为传统中药青蒿素的一种衍生物，具有良好的抗肿瘤活性和生物相容性。ART的活性基团内过氧桥键能被Fe2+特异性断裂，产生超氧阴离子（?O2-），从而实现自供应ROS生成，而不受限于内源性H2O2不足。同时，ART氧化Fe2+产生的Fe3+，可用于T1MR成像和GSH消耗。重要的是，H2O2/ART介导的Fe2+氧化和GSH介导的Fe3+还原能够共同实现Fe2+和Fe3+之间的循环，从而持续消耗GSH和产生ROS，显著增强CDT。在第三章，我们利用微流控技术制备了靶向试剂FN（内含Arg-Gly-Asp序列）修饰的和负载化疗药物ART的PDA/Fe纳米复合物（Fe-PDA@ART/FNNCOs，简称FDRFNCOs），用于ART和Fe2+的靶向共递送，以实现肿瘤自供应型TME调控增强的MR及化疗/CDT/免疫治疗。 结果显示，多功能FDRFNCOs的平均尺寸为161.0nm，具有理想的胶体稳定性、单分散性、pH刺激增强的r1弛豫率（由4.96到5.93mM-1s-1）和生物相容性。Fe2+和ART共递送介导的自供应ROS生成以及Fe循环介导的持续ROS生成与GSH消耗，能显著增强CDT。并且，ART介导的化疗和Fe2+/ART共同调控的增强型CDT的联合，可显著诱导癌细胞免疫原性细胞死亡（ICD），熟化树突细胞（熟化率70.3%），进一步与抗体介导的免疫检查点阻断（ICB）结合，可实现显著的抗肿瘤免疫效果。通过FN介导的肿瘤靶向和Fe3+介导的T1MR成像，所开发的FDRFNCOs可被视为一种先进的纳米医学制剂，用于在MR成像引导下对不同类型的肿瘤进行化疗、CDT和免疫治疗。 （3）棉酚-铁-丰加霉素铁多酚纳米胶囊的微流控合成及其MR成像引导的多模态治疗。 纳米载体可改善药物在肿瘤的富集，但其自身的毒性、代谢途径和有限的载药能力等往往制约着其临床转化。因此，简单组分（如具有药物活性的载体组分）的多功能纳米平台在“减毒增效”方面更具潜力。天然多酚化合物棉酚（Gos）不仅能引起线粒体功能障碍，促进胞内ROS的生成，还能直接与抗凋亡蛋白Bcl-2结合，促进癌细胞凋亡。同样，多酚小分子药物丰加霉素（Toy）可以通过阻断IRE1?-XBP1信号通路，加剧癌细胞内质网应激（ERS），诱导其凋亡。有趣的是，Fe3+能够与Gos和Toy配位直接形成酸响应的铁多酚网络纳米平台，实现“载体即药物”的设计。在第四章，我们基于微流控技术制备了由Gos和Toy配位Fe3+形成的金属多酚纳米胶囊（Gos-Fe3+-Toy，GFTNCAs），用于Gos介导的线粒体功能障碍、Toy加剧的ERS和Fe3+介导的T1MR成像与CDT，以实现简单组分的肿瘤增强诊疗。 结果显示，多功能GFTNCAs的平均尺寸为101.9nm，具有良好的胶体稳定性、均一性、酸响应增强的r1弛豫率（由2.76到3.71mM-1s-1）和pH依赖的Gos、Fe3+和Toy释放特性。一方面，Fe3+能够被TME中GSH还原为Fe2+；另一方面，Fe3+/Fe2+介导的Fenton-like/Fenton反应能产生?OH，从而通过ROS生成和GSH耗竭持续调控TME，打破癌细胞内的氧化还原平衡，诱导其氧化应激。并且，Fe3+介导的CDT、Gos介导的线粒体功能障碍和Toy介导的ERS加剧的联合，显著诱导癌细胞ICD，熟化树突细胞（熟化率75.3%），激活T淋巴细胞。进一步与抗体介导的ICB疗法联合，GFTNCAs能够显著激活T淋巴细胞介导的抗肿瘤免疫，显著改善肿瘤治疗效果。所开发的简单组分的GFTNCAs被视为一种潜在的纳米诊疗平台，用于肿瘤的T1MR成像引导的CDT、双通道增强的化疗和免疫治疗。 综上所述，本论文基于微流控技术，构建了一系列多功能高质量纳米平台并应用于高效的肿瘤诊疗一体化，为开发“减毒增效”型纳米平台用于恶性肿瘤精确诊断和高效治疗提供了新的思路。同时，微流控技术使得纳米材料制备过程精确可控，能够降低不同批次材料之间的差异性，从而在高质量纳米平台制备领域展现出巨大优势，有助于纳米药物的临床转化。
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