摘要
线粒体的功能监测及调控在生物医学领域具有重要意义。在癌症、心血管疾病、神经系统疾病和免疫系统疾病中，线粒体microRNA（miRNA）的表达通常存在异常，但针对线粒体miRNA的原位检测及其靶向性治疗的应用研究仍然不足。本文以线粒体miRNA为研究对象，通过合成一系列的复合纳米材料，并对其结构、尺寸及表面性质进行调控，旨在开发用于线粒体miRNA检测的新型纳米材料。基于此，构建了一系列多功能线粒体纳米探针，用于检测乳腺癌及阿尔兹海默症（AD）。该纳米探针能够高效实现线粒体miRNA的原位检测及线粒体功能的调控，进而实现乳腺癌和AD的诊疗。主要研究内容如下： 通过使用杂化膜（MCHM）包裹MUiO-66金属有机框架（MOF）构建了复合纳米材料CDM@MUiO-DP@MCHM，以实现乳腺癌线粒体miRNA-21的原位检测和乳腺癌的治疗。纳米材料利用MUiO-66表面负载的线粒体miRNA-21检测探针，依托荧光共振能量转移（FRET）机制，在体内外环境中对乳腺癌中过量表达的线粒体miRNA-21进行高效荧光诊断。同时，MUiO-66多孔结构内嵌入的铜消耗（CDM）物质定位于线粒体，通过消耗Cu2+直接破坏线粒体膜电位，导致癌细胞凋亡。MCHM的封装不仅增强了纳米材料对癌细胞的靶向能力，还促进了纳米材料在小鼠体内的免疫逃逸，从而延长了其在体内的循环时间。治疗后的小鼠体内肿瘤体积显著缩小甚至消亡。CDM@MUiO-DP@MCHM纳米材料在体内外高效检测线粒体miRNA-21以及治疗乳腺癌的能力，表明了其在乳腺癌线粒体miRNA原位检测和治疗方面的潜在应用价值。 制备了基于DNA四面体框架的复合纳米材料TDFNs ，用于AD线粒体miRNA-34a的靶向诊疗。在纳米材料表面修饰有三苯基磷（TPP）和胆固醇分子，分别用于靶向线粒体细胞器和增强血脑屏障的渗透力。功能性反寡义核苷酸（ASO）链在检测线粒体miRNA-34a的同时，通过基因沉默调控其表达。在小鼠体内实验中，TDFNs纳米材料经血液循环穿透血脑屏障，进而定位于小鼠大脑神经细胞内的线粒体。当ASO链与靶标线粒体miRNA-34a结合时，荧光信号恢复，从而实现了AD的有效体内诊断。此外，通过沉默线粒体miRNA-34a的表达，纳米材料介导了细胞凋亡途径，进一步治疗了受损的神经细胞。TDFNs纳米材料优异的检测性能及对AD的治疗效果，证实了其作为诊疗一体化纳米平台的有效性。 基于二氧化铈（CeO2）纳米颗粒合成了CeO2-DRP/MA纳米团簇，旨在检测AD线粒体miRNA-204并治疗AD。复合纳米材料具有较强的中枢神经系统穿透能力及显著的活性氧清除功能。通过表面修饰线粒体适配体，纳米材料具有靶向线粒体细胞器的能力。此外，其表面结合的DNA-RNA杂交生物检测探针不仅能够检测AD线粒体miRNA-204，还能沉默其表达。在3×Tg-AD小鼠模型中， CeO2-DRP/MA聚集到神经细胞的线粒体后，通过与线粒体miRNA-204结合，实现了AD的检测。纳米材料进一步沉默了线粒体miRNA-204的表达，进而抑制了自噬途径的激活。在细胞和动物水平上，CeO2-DRP/MA呈现出良好的AD诊断与治疗效果，证明了其在线粒体miRNA检测与AD治疗方面的优异能力。 综上所述，本论文基于新型复合纳米材料构建了一系列针靶向线粒体miRNA的纳米探针，用于治疗乳腺癌和AD。在体内外对其诊疗性能进行了研究，实现了线粒体miRNA的高效检测与乳腺癌和AD的有效治疗。该研究为线粒体miRNA的原位检测以及与线粒体治疗相关的纳米材料设计提供了新的策略和思路，所制备的纳米材料具有较好的应用前景和商业价值。
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