摘要
脱氧核糖核酸（DNA）因具有良好的生物相容性、可编程性和特异响应性等优点，被广泛应用在生物分析、疾病诊断领域。而DNA适配体作为其中一种具有特异性响应和高亲和性的功能核酸，常作为分子探针或响应器件用于疾病标志物的相关研究中。近年来，基于DNA的自组装纳米材料实现了无载体的药物递送，减少了载体本身带来的潜在毒性并降低了载体在合成上的困难。此外，通过将疾病标志物作为靶点，将相应的DNA适配体作为自组装原料而进行药物递送的设计，更是增强了DNA自组装材料的药物输送效率和可控性。本论文聚焦于提高DNA材料对疾病标志物的示踪能力和药物递送的效率，制备了多种功能核酸与不同分子的纳米组装体，通过这些组装体与疾病标志物的特异性作用，从而实现对肿瘤及血栓模型的成像和治疗。本论文共分为五个章节，分别为以下内容： 第一章，详细叙述了功能核酸的理化性质、种类及应用范畴，阐述了功能核酸纳米材料在分子递送策略中的发展，以及其在生物分析和生物传感、肿瘤治疗和血栓治疗中取得的研究成果和前景。简要探讨了目前功能核酸自组装材料存在的制约和问题，并对本论文的研究目的和研究内容进行了介绍。 第二章，构建了一种基于三磷酸腺苷（ATP）响应的DNA纳米水凝胶，实现对肿瘤细胞和正常细胞的差异性荧光成像和响应性药物释放。本研究通过将两种DNA接枝的聚丙烯酰胺和ATP适配体进行自组装，形成DNA纳米水凝胶，同时装载上化疗药物阿霉素。通过和肿瘤细胞内过量ATP的作用，纳米凝胶内的ATP适配体发生构型变化，使得原先交联的核酸解旋，并造成纳米凝胶的分解，随后释放装载的阿霉素（DOX）用于肿瘤细胞的荧光成像和化疗。由于肿瘤细胞和正常细胞中ATP水平的差异，DNA纳米水凝胶展现出不同程度的响应荧光信号、药物释放和治疗效果。该工作体现了DNA自组装纳米材料在肿瘤微环境响应的诊断和特异性治疗中具有一定的发展潜力。 第三章，开发了一种由DNA发卡和Zn2+组装成的纳米粒子，用于肿瘤微环境响应的肿瘤原位成像和Zn2+诱导的氧化应激肿瘤治疗策略。通过设计一条与肿瘤标志物microRNA-21部分互补的DNA发卡序列，与Zn2+通过静电作用和配位作用进行自组装形成纳米粒子，并实现在肿瘤细胞和活体肿瘤内的microRNA-21响应性荧光成像和Zn2+诱导的肿瘤细胞活性氧过载凋亡。该工作为肿瘤标志物响应的DNA自组装纳米粒子在肿瘤诊疗方面的应用提供了进一步的参考。 第四章，构建了一种基于氟取代的DNA适配体和ICG的自组装纳米材料，用于脑胶质瘤的原位NIR-Ⅱ荧光成像和光热治疗。为了实现ICG在胶质瘤中的有效递送，选择了氟取代的TfR适配体，通过氟驱动的电负性和亲脂性实现核酸和ICG分子的有效组装。此外，利用TfR介导的主动转运和氟原子的亲脂性，纳米粒子可以有效地穿越体外和体内的血脑屏障模型。同时，纳米粒子进一步靶向过表达TfR的脑胶质瘤细胞以实现ICG的富集，从而进行脑胶质瘤的NIR-Ⅱ荧光成像和光热治疗。该工作体现了功能核酸自组装材料向脑部疾病模型递送药物的应用前景，以及化学修饰后的DNA所具备的更强的组装性能和生物医药价值。 第五章，构建一种基于DNA适配体和Gd3+的自组装纳米器件，对急性颈动脉血栓模型进行MRI成像和药物治疗。选择血栓部位过表达的凝血酶作为治疗靶点，将凝血酶适配体作为自组装骨架，利用适配体、Gd3+、和临床药物阿司匹林之间的静电作用和配位作用进行自组装，使Gd3+和阿司匹林能够达到血栓部位，分别进行MRI成像功能和血栓治疗功能。该纳米粒子与临床MRI成像剂钆布醇相比，体现了更加优越的MRI成像性能，并在实验过程中体现了良好的血栓治疗效果。该工作体现了基于功能核酸的纳米组装体在血管疾病诊疗中的潜在应用前景。 综上所述，本论文开发了多种基于功能核酸的自组装纳米材料，并通过对其他药物组分的共同递送实现了对肿瘤和血栓模型的诊断和治疗，解决了核酸材料在载药率、生物毒性、组装方式等方面所存在的问题，证实了核酸自组装策略在生物应用中的可行性，为新型功能核酸纳米材料的设计和应用提供了新的思路。
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