摘要
放射治疗是目前临床肿瘤治疗的常用手段之一。研究如何提高肿瘤细胞的放射敏感性，减少电离辐射对正常组织的辐射损伤，是放疗发展面临的重要问题。 近年来，人们发现多种纳米材料具有类天然酶活性，它们能够实现肿瘤微环境响应性的放射增敏效果，并发挥对正常组织的辐射防护作用。例如：纳米酶能够在肿瘤酸性微环境中促进活性氧的产生以提高肿瘤组织对 X 射线的敏感性。但是，目前纳米酶的生物医学应用仍然面临催化活性不足以及催化底物选择性不高的难题，进而严重限制了其在肿瘤放疗中的应用。 氢气是一种在生物体内较为安全的内源性气体，对多种氧化应激以及炎症相关的疾病具有治疗效果。然而，氢气分子易扩散及溶解度低等问题，严重限制了其治疗效果。因此，提高氢气分子在病灶部位的有效富集是目前氢医学重点关注的科学问题。钯基纳米材料不仅具有多种类生物酶活性，并且是一种优异的储氢材料。已有科研人员使用钯基纳米材料负载氢气，并通过控制氢气的释放实现肿瘤治疗。同时有文献报道，钯基纳米材料在储氢过程中，其晶格发生应变效应并且电子结构也发生了改变。最近科研人员发现，金属纳米材料的应变效应与其催化活性的调控密切相关。因此，氢气装载过程是否会改变储氢材料的类酶活性是一个值得探讨的科学问题。 基于此，本论文探讨了不同的氢气处理方法对钯基纳米材料活性的影响及其作用机制，并首次以氢化钯纳米材料为基础构建了肿瘤微环境响应的纳米增敏体系，为提高肿瘤细胞对电离辐射的敏感性提供了新的技术方案。具体研究内容如下： 1. 将常压氢气直接通入钯立方体（Pd NCs）水溶液中制备了纳米钯-氢气复合物（Pd/H2 NCs）。检测 Pd/H2 NCs 的类酶活性，发现其清除羟基自由基、超氧阴离子及过氧化氢等活性氧自由基的能力显著提高，说明氢气选择性提高了Pd NCs的抗氧化类酶活性。机制分析的结果表明 Pd/H2 NCs 实现了氢气的持续释放，同时将氢气分子转化为高活性的生物还原氢，降低氢参与氧化还原反应的阈值。因此，我们认为 Pd/H2 NCs 优异的抗氧化性能可用于清除电离辐射产生的活性氧自由基，发挥对正常组织辐射防护的疗效。 2. 以 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或水合肼为氢前体，原位产生高压氢气与 PdNCs 反应，最终合成稳定的氢化钯纳米材料（PdH NCs）。高分辨透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪以及X射线光电子能谱的表征结果显示，氢的掺入引起了Pd NCs晶格间距的膨胀以及电子结构的改变。通过检测 PdH NCs的催化性能，发现其选择性提高了对H2O2的催化效率（类过氧化氢与类过氧化物酶活性）。相较于Pd NCs， PdH NCs类过氧化氢酶活性提高了约 5倍，类过氧化物酶活性提高了约 7倍。肿瘤的酸性微环境为以上类酶催化反应的发生提供了基础，因此，PdH NCs 有望成为肿瘤微环境响应性的放射增敏药物。 3. 将PdH NCs与葡萄糖氧化酶（GOx）共价连接，成功制备PdH@GOx NCs。GOx催化葡萄糖产生葡萄糖酸调控肿瘤微环境，提高PdH NCs的催化效率；同时产生大量 H2O2，增加 PdH NCs 催化反应的底物浓度，最终提高放射治疗的疗效。通过细胞毒性及细胞内的氧化应激水平的检测，发现PdH@GOx NCs与X射线联合后对乳腺癌细胞的杀伤效率最高。在考察 PdH@GOx NCs 对放射治疗下小鼠肿瘤组织生长影响的过程中，发现 PdH@GOx NCs 与 X 射线联合能显著抑制肿瘤的生长， Ki67阳性细胞显著减少。以上实验均证明PdH@GOx NCs能显著增强肿瘤组织对 X射线的敏感性，提高了放射治疗的疗效。体内外的生物安全性评价实验显示PdH@GOx NCs对正常组织无明显毒副作用。 综上所述，本课题解析了不同储氢方式对钯纳米材料类酶活性的影响，并探索氢化钯纳米材料在肿瘤放疗中的应用，为新型辐射防护药物与放射增敏剂的研究提供了一种新的思路。
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