复合水凝胶电化学传感平台的构建用于三维培养乳腺癌细胞释放NO监测

扫码查看

原文链接

NETL

中文摘要：NO作为信号分子参与人体内多种生理和病理过程，其与肿瘤的发生、转移和扩散进程更有着密不可分的关系，因此原位实时监测细胞释放的NO对揭示相关疾病致病机理和开发治疗药物都有非常重要的意义。细胞释放的NO具有半衰期短、浓度低、反应活性高等特点，选择合适的电化学传感方法能够实现对NO的高灵敏、无标记和高选择性的检测。目前，大多数对细胞释放NO的监测研究主要基于二维(2D)细胞培养，但三维(3D)细胞培养才能更大程度地模拟体内微环境，更真实地呈现细胞的状态和功能。在将3D细胞培养和电化学传感平台进行结合时，在考虑实现高灵敏监测的同时，需要考虑在实际操作过程中潜在的传感界面损伤的问题，也需要重视对具有硬度差异的细胞外微环境的模拟以更好地进行药物筛选和疾病治疗等相关研究。针对实际应用中的研究需求，我们设计并构建了复合水凝胶电化学传感平台以实现对3D培养的乳腺癌细胞释放NO的实时监测。本论文的主要研究内容如下: (1)基于传感界面在实际应用中潜在的物理损伤问题，构建了自愈合水凝胶电化学传感平台用于监测乳腺癌细胞释放的NO。通过氧化海藻酸钠(OSA)的醛基和酰肼聚乙二醇(PEG-DH)的酰肼基团之间的共价交联，形成稳定的动态酰腙键，制得具有良好自愈合能力的OSA/PEG-DH水凝胶。选择具有良好生物相容性的Mn(Ⅲ)内消旋四(N-甲基-4-吡啶基)卟啉五氯化物(MnTMPyP)作为传感元件，通过MnTMPyP与OSA之间的静电作用，实现MnTMPyP在水凝胶中的稳定复合，并制备OSA/MnTMPyP/PEG-DH水凝胶。这种自愈合水凝胶不仅能够模拟体内细胞所处的动态3D微环境，而且可以使经物理损伤后的传感界面实现自我修复。自愈合水凝胶电化学传感平台在对NO进行检测时，具备较高的灵敏度(1.03 μA μM-1 cm-2)和低检测限(17nM),在其表面经切割损伤后,对NO的电流响应能够在短时间内得到恢复。该传感平台也被成功应用于监测MDA-MB-231细胞释放NO。 (2)基于在实际应用中监测硬度差异微环境下细胞释放活性小分子的必要性，构建了短肽复合水凝胶电化学传感平台来实现对硬度差异微环境下三维培养乳腺癌细胞释放NO的监测。通过Fmoc-FF二肽在海藻酸盐(Alg)溶液中进行的分子自组装和加入氯化钙(CaCl2)后形成的Alg离子交联网络，制得硬度可调的Fmoc-FF/Alg复合水凝胶，选择金纳米粒子(Au NPs)作为传感元件，以钛网电极(TME)为基底，来构建电化学传感平台，并将其用于监测硬度差异5倍的两种微环境下3D培养不同时间的MCF-7细胞释放NO的具体情况。排除细胞增殖对实验结果的影响，相同培养时间下在较硬微环境中所培养的MCF-7细胞会释放更多NO。本论文通过设计不同的复合水凝胶，针对实际应用中的具体需求来构建电化学传感平台，并实现对3D培养乳腺癌细胞释放NO的监测，也为后续研究癌症的致病机理和药物开发扩展了思路。

作者：

白杨

展开 >

关键词：

乳腺癌一氧化氮电化学传感平台复合水凝胶致病机理药物开发

授予学位：

硕士

学科专业：

化学

导师：

陈旭

学位年度：

2023

学位授予单位：

北京化工大学

语种：

中文

中图分类号：

R73