金纳米笼胶囊的制备及其在肿瘤细胞药物投放中的应用

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1、万方数据第42卷2014年4月分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告ChineseJournalofAnalyticalChemistry第4期475～481DOI：10．3724／SP．J．1096．2014．30881金纳米笼胶囊的制备及其在肿瘤细胞药物投放中的应用钟华+许海平张慧(青岛科技大学化学与分子工程学院，青岛266042)摘要纳米胶囊以其独特的优点，在生物医学领域中应用广泛。本工作介绍了一种以金纳米笼为核心，内部装载抗癌药物盐酸阿霉素(DOX)，以功能化的DNA纳米材料为外壳并封锁笼口的新型纳米胶囊j这一纳米胶囊集细胞荧光成像、药物靶向投送功能于一体，可通过荧光显微镜识

2、别靶细胞(本实验以人类B淋巴瘤细胞-Ramos细胞为研究对象)，同时释放药物作用于靶细胞，诱导靶细胞凋亡。该纳米胶囊的研究为肿瘤细胞的诊断及靶向药物研究领域提供了一定的理论研究依据。关键词金纳米笼；淋巴瘤细胞；脱氧核糖核酸适体；药物释放；荧光显微镜1引言纳米胶囊是纳米材料的一个重要分支¨'2J，目前在生物医学领域具有广阔的应用前景。纳米胶囊微小的结构具备优良的生物屏障穿透性能，其内部空间赋予了它药物装载的能力，结合一些胶囊体的功能化设计可使之具备药物可控释放能力旧J。纳米胶囊最重要的应用之一是靶向缓释药物的开发MJ。与常规给药相比，纳米胶囊靶向给药技术具备明显的优势，即纳米胶囊可以提高药

3、物的生物相容性，难溶解于水的特效药物可通过纳米胶囊的装载来改善其在生物体内的吸收能力。目前开发的药物约有40％是不溶于水的，这大大限制了药物的应用。纳米胶囊技术的出现解决了这个问题。纳米胶囊另一个特点是它可直接将药物运抵靶标病灶并持续释放内含药物，维持药物在病灶的有效浓度”。7

4、，提高治疗效果的同时降低药物对人体其它组织或器官的毒副作用哺，9J。这一优点解决了普通药物在吸收及血液运输过程中容易被分解的难题。因此，纳米胶囊的研究成为近年来的热点话题，目前该领域的研究主要集中在纳米胶囊的靶向设计、胶囊载体优化、可控药物释放等方面。金纳米笼¨o，111是一种新型纳米材料，其制备方法简单，普通实

5、验室即可自行合成制备，金纳米笼良好的生物相容性使其在生物医学领域具有广泛的应用潜力。本研究设计了一种以金纳米笼为内核、DNA纳米复合结构为外壳的新型纳米胶囊，其中空心金纳米笼内核具备药物装载能力，而DNA纳米复合结构外壳包含以下几个功能：其一，可通过其上固载的细胞DNA适体来特异性识别靶标肿瘤细胞，进而将药物载荷靶向目标；其二，可通过其上设计的DNA荧光分子开关实现靶标细胞的高信噪比荧光成像检测(即具有靶标激活的荧光打开式标记能力，减小了探针本身带来的荧光背景)。综上所述，该新型纳米胶囊可实现药物的靶向运输，可跟踪药物的释放情况(药物DOX本身有荧光性能，未释放时存储在金纳米笼内部，其荧

6、光信号被屏蔽，随着释放发生DOX本身荧光信号恢复)。本工作设计的金纳米笼胶囊的结构原理如图1所示。首先，利用金纳米笼中空结构装载抗癌药物盐酸阿霉素DOX，同时采用设计的改良的DNA自组装网状纳米结构【12o通过硫金键共价结合、碱基配对杂交等作用在金纳米笼表面形成密封包装层，将药物封存在金纳米笼体内部，形成载药纳米胶囊。其次，通过对DNA网状纳米结构密封层的功能化设计，在其中引入肿瘤细胞特异性识别DNA适体片段(DNAS。)。赋予了金纳米笼胶囊对特定肿瘤细胞的靶向识别能力，使之成为一种靶向药物投送工具。同时，为了便于清晰地监控和跟踪纳米胶囊对特定细胞的识别，在DNA网状纳米结构密封层的设计

7、中还引入了荧光开关机制(DNAaptamer．FAM／DNA．BHQ，即绿色荧光素FAM修饰的DNA适体DNAs8，和荧光淬灭基团BHQ修饰的部分互补DNA片段DNAS。，其碱基序列见表1中的DNAS。和DNA,S。)，只有当金纳米笼胶囊与2013-09．12收稿；2014-01—18接受本文系国家自然科学基金(No21305073)资助项目}E·mail：zhongf；2513@126．corn万方数据476分析化学第42卷特定靶标细胞相遇时，才能引发DNA适体(DNAS。)对靶标细胞的特异识别反应，进而借由竞争反应机制使修饰了荧光淬灭团BHQ的DNA片段(DNAS。)从主体结构上脱落

8、下来，恢复DNA适体(DNAS。，一端修饰了绿色荧光素FAM)的绿色荧光，从而实现对靶标细胞的荧光打开式指示。由于荧光开关机制的引人，降低了背景荧光信号的干扰，使得成像信噪比得到优化。由DNA适体介导通过特异性识别作用结合到靶标细胞表面的金纳米笼胶囊，借由细胞内吞作用进入靶标细胞内部，在细胞内吞小泡溶酶体中DNase(脱氧核糖核酸酶)作用下，其表面DNA网状纳米结构密封层外壳逐渐解体，结构变松散，导致装载的DOX缓慢释放出来，由于这