摘要
金纳米颗粒(goldnanoparticles,AuNPs)是指直径介于1～100nm之间的微小金颗粒，具有高比表面积以及特殊的介电特性和光学效应，尤其具有的局域表面等离子体共振(LSPR)效应等强吸收和发光特性。金纳米颗粒具有多维度理化特性，包括尺寸、形状、表面修饰等，且易于制备。因此，金纳米颗粒在现代生物医学领域具有非常广泛的应用，如药物递送、靶向、放疗、光热治疗、成像等。当金纳米颗粒通过静脉注射、口服等方式，进入机体后，与体液中的生物分子结合形成“蛋白冠”，并介导与细胞的相互作用。金纳米颗粒的理化性质决定了“纳米颗粒—细胞的相互作用”过程，并进一步影响纳米颗粒的体内分布、肿瘤靶向与健康风险。通常来说，较大尺寸的颗粒与单核吞噬系统有较强的相互作用，更容易在肺部和肝脏积累;较小的颗粒则更容易逃避捕获，而在肾脏和肿瘤有较高的积累。此外，某些类型的细胞(如，免疫细胞和干细胞)由于具有天然的炎症和肿瘤的趋向性，而被开发用于肿瘤的靶向递送。但同时，纳米颗粒也具有穿越屏障的能力，造成潜在的健康风险。 为更好地评估AuNPs的人体健康风险，并开发更安全、精准、高效的临床治疗方法，有必要针对“AuNP-细胞相互作用”开展更为系统、深入的研究。为此，本文研究了不同理化性质的AuNPs的细胞摄入、转化及外排机理。在此基础上，针对AuNPs的肿瘤靶向递送应用开展了研究。主要结论如下: 1)通过研究AuNPs的细胞摄入过程，发现AuNPs的固有理化性质决定了纳米颗粒表面蛋白冠的特征。其中，转铁蛋白、免疫球蛋白G(IgG)和白蛋白(ALB)是蛋白冠的主要成分。并且，蛋白冠中的IgG可以介导亚5nm超小AuNPs的细胞内吞。并且，随聚乙二醇(PEG)配体链长的增加，AuNPs吸附的蛋白量也随之变多。对于亚5nm超小AuNPs,IgG所介导的细胞摄入随PEG链长增加而升高。 2)通过研究AuNPs的细胞外排过程，发现PEG修饰的亚5nm超小AuNPs可通过高通透性和滞留(EPR)效应实现较高的肿瘤靶向效率。然而，亚5nm超小AuNPs能够穿越血脑屏障(BBB)，并在大脑中积累，可能带来潜在的健康风险。为解决上述问题，我们构建了“AuNP-巨噬细胞递送系统”，发现活巨噬细胞中亚5nmAuNPs的胞吐效率远高于较大尺寸的AuNPs,形成了不稳定的“AuNP-巨噬细胞递送系统”。一旦进入体内，活巨噬细胞释放的AuNPs将重新进入血液循环，穿过BBB并像游离的AuNPs一样在大脑中积累。为此，我们设计了“AuNP-工程化巨噬细胞递送系统”，通过两种简单的方法获得“半死”和“死”巨噬细胞来克服上述问题。“AuNP-工程化巨噬细胞递送系统”能够有效地减少巨噬细胞中超小金纳米颗粒的释放，同时确保将纳米颗粒递送至肿瘤部位。 3)通过研究AuNPs的胞内转化过程，发现相较于粒径较小的金纳米颗粒，100nmAuNPs更易在溶酶体中会发生聚集，LSPR峰位值发生明显的红移，并可以赋予球形金纳米颗粒良好的光热转换效果。进而，利用高光谱成像技术对胞内AuNPs的聚集过程进行了动态分析，发现胞内AuNPs聚集体的比例随暴露时间逐渐增加。胞内AuNPs聚集体的形成会显著限制纳米颗粒的外排，形成了稳定的“AuNP-间充质干细胞递送系统”。基于上述发现，我们评价了“AuNP-间充质干细胞递送系统”的肿瘤靶向效率。定量结果显示，与100nmAuNPs的EPR被动靶向相比，间充质干细胞负载的金纳米颗粒可以更好的逃避单核吞噬系统(MPS)作用，使更多的金纳米颗粒被递送至肿瘤部位，并且具有更强的渗透能力和更长的滞留时间。 综上所述，本论文紧紧围绕金纳米颗粒与细胞的相互作用开展研究，分别对纳米颗粒理化性质影响细胞摄入、胞内转化及外排的机理进行了探究，并结合与细胞的相互作用过程，应用于肿瘤靶向递送。通过本研究，加深了纳米颗粒对人体健康的风险的认识，并为更好的开发和设计“AuNP-细胞递送系统”用于肿瘤的靶向递送提供了参考和借鉴。
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