关键词:
DNA
自组装
肿瘤治疗
多模态成像
纳米技术
摘要:
近年来,恶性肿瘤已经成为了严重威胁人类生命健康的重大公共卫生问题。随着纳米技术和生命科学的不断发展,纳米材料在生物医学领域逐渐展现出巨大的潜在价值。人们利用纳米材料独特的物理化学性质开发了一系列的新型纳米平台用于疾病诊断和肿瘤治疗。但是,纳米材料的潜在生物毒性以及有限的治疗效率限制了其临床应用的进一步发展。而DNA纳米材料由于良好的生物相容性,可编程性和多功能性,为实现精准高效且安全的肿瘤治疗提供了可能。
本论文作者通过合理设计,将多种功能单元整合到DNA纳米结构中,制备了一系列可编程的DNA纳米材料。本文设计了基于DNA材料的多功能治疗平台,实现了精准高效的肿瘤治疗,为基于DNA材料的广泛生物医学应用提供了强有力的策略。主要内容如下:
第一章,我们先对DNA的结构和性质以及DNA纳米材料的发展进行了综述;然后对基于DNA纳米材料的生物成像和肿瘤治疗应用进行了介绍。
第二章,我们构建了可编程的DNA纳米海绵,它可以高效地负载和传递光敏剂,精确地靶向肿瘤,并显著地缓解肿瘤乏氧在光动力治疗(PDT)中的阻碍,从而提高PDT的疗效。该DNA纳米海绵中的核酸适配体能够靶向癌细胞、使得纳米海绵在肿瘤部位富集,G-四链体可以负载光敏剂卟啉、提高DNA纳米海绵对光敏剂的高效负载及递送能力。更重要的是,该DNA纳米组装体可以通过结构中的过氧化氢酶来原位产生氧气以缓解肿瘤的乏氧微环境,或者通过乏氧诱导因子1α(HIF-1α)的反义DNA下调HIF-1α基因的表达来克服PDT耐受性,从而实现增强的PDT。体内外实验结果均表明,我们设计的可编程和通用的DNA纳米结构有着显著肿瘤治疗效果和良好的生物安全性。这一策略所设计的DNA纳米结构为肿瘤的治疗提供了一种有效和安全的方法,为PDT的广泛应用奠定了良好的基础。同时,这项工作也体现了DNA纳米技术在肿瘤治疗领域具有巨大的潜力。
第三章,我们构建了一种对不同生物环境响应的智能DNA纳米机器,实现了荧光/光声/光热多模态成像介导的高效联合治疗。实验结果表明,通过在DNA纳米机器中整合多种动态DNA结构,可以让其实现对不同的p H产生不同的响应,即可在特定的生理环境下具备特定的尺寸和功能。我们构建的可编程DNA纳米机器具有高生物相容性?增强的肿瘤渗透性和良好的治疗性能。这种动态组装的DNA纳米结构,将有助于推动基于纳米材料的药物递送体系实现癌症的精准高效治疗应用,具有良好的临床转化前景。