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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 介孔硅/蛋白類復(fù)合型多功能納米藥物控釋系統(tǒng)的構(gòu)建與生物學(xué)評(píng)價(jià)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品首先利用化學(xué)修飾方法，在介孔硅表面引入二硫鍵；然后，創(chuàng)新地采用生物相容性好、生物可降解的天然蛋白類分子—膠原封堵介孔，構(gòu)建介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)；而后，用乳糖酸分子功能化該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)顆粒與肝細(xì)胞的特異性相互作用；最后，評(píng)價(jià)了介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米顆粒與細(xì)胞間的作用機(jī)理以及復(fù)合型納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的存在位置與狀態(tài)，為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品分析了目前介孔硅功能復(fù)合納米材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展，并提出了構(gòu)建一種兼具細(xì)胞特異性靶向性和細(xì)胞還原性物質(zhì)/酶響應(yīng)性的介孔硅/蛋白類多功能復(fù)合型控釋系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)想；通過對(duì)介孔硅納米材料表面行特定的化學(xué)修飾與生物修飾，該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞靶向性，還能針對(duì)病變細(xì)胞實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)藥物的還原響應(yīng)性 “生物爆破”釋放，這在藥物可控釋放、靶向癌癥治療、靶向基因遞送等領(lǐng)域展示了其廣闊的應(yīng)用前景。 本作品利用簡(jiǎn)單的化學(xué)修飾方法，在介孔硅表面引入二硫鍵，實(shí)現(xiàn)控釋系統(tǒng)的還原響應(yīng)性。同時(shí)，創(chuàng)新的采用生物相容性好、生物可降解的天然蛋白類分子—膠原分子作為介孔硅納米材料的納米封堵器，構(gòu)建介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)，而后通過乳糖酸分子功能化復(fù)合型納米系統(tǒng)，其能與肝癌細(xì)胞膜表面受體（ASGP-R）的特異性吸附，實(shí)現(xiàn)功能性復(fù)合顆粒與肝細(xì)胞的特異性相互作用；最后，本作品評(píng)價(jià)了多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米顆粒與細(xì)胞間的作用機(jī)理，并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)了復(fù)合型納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的存在位置與狀態(tài)，為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品以介孔硅納米顆粒為藥物儲(chǔ)存器，二硫鍵為分子紐帶，將天然蛋白質(zhì)—膠原作為納米封堵器固定到介孔硅納米材料表面，并利用乳糖酸功能化膠原大分子，構(gòu)建一種新型的介孔硅/蛋白類復(fù)合型多功能智能響應(yīng)性納米儲(chǔ)藥池控釋系統(tǒng)，其既能特異性識(shí)別靶細(xì)胞，又具有細(xì)胞還原性物質(zhì)/酶響應(yīng)性。同時(shí)，本作品還評(píng)價(jià)了上述復(fù)合型納米顆粒與細(xì)胞間的作用機(jī)理，為設(shè)計(jì)新一代介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：以功能性分子修飾介孔硅納米材料，實(shí)現(xiàn)藥物的智能控釋和靶細(xì)胞的特異性識(shí)別。 先進(jìn)性：首次構(gòu)建出介孔硅/蛋白類復(fù)合型多功能還原響應(yīng)性納米儲(chǔ)藥池控釋系統(tǒng)，并能特異性識(shí)別肝癌細(xì)胞。 獨(dú)特之處：以介孔硅納米顆粒為藥物儲(chǔ)存器，還原響應(yīng)性有機(jī)分子（二硫鍵）為分子紐帶，天然有機(jī)大分子—膠原做為納米封堵器，乳糖酸作為靶細(xì)胞的特異性配體，為設(shè)計(jì)新型介孔硅/蛋白類復(fù)合型智能納米系統(tǒng)建立了模型。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本作品報(bào)道的介孔硅/蛋白類復(fù)合型智能響應(yīng)性納米系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞靶向性，還能針對(duì)病變細(xì)胞實(shí)現(xiàn)細(xì)胞還原響應(yīng)性“生物爆破”釋放，這在藥物可控釋放、靶向癌癥治療、靶向基因遞送等領(lǐng)域展示了其廣闊的應(yīng)用前景。本作品還系統(tǒng)地評(píng)價(jià)了多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米顆粒與細(xì)胞間的作用機(jī)理，并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)了復(fù)合型納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的存在位置與狀態(tài)，這為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)奠定了一定的現(xiàn)實(shí)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本作品分析了目前介孔硅功能復(fù)合納米材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展，并提出了構(gòu)建一種兼具細(xì)胞特異性靶向性和細(xì)胞還原性物質(zhì)/酶響應(yīng)性的介孔硅/蛋白類多功能復(fù)合型控釋系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)想；通過對(duì)介孔硅納米材料表面行特定的化學(xué)修飾與生物修飾，該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞靶向性，還能針對(duì)病變細(xì)胞實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)藥物的還原響應(yīng)性 “生物爆破”釋放，這在藥物可控釋放、靶向癌癥治療、靶向基因遞送等領(lǐng)域展示了其廣闊的應(yīng)用前景。 本作品利用簡(jiǎn)單的化學(xué)修飾方法，在介孔硅表面引入二硫鍵，實(shí)現(xiàn)控釋系統(tǒng)的還原響應(yīng)性。同時(shí)，創(chuàng)新的采用生物相容性好、生物可降解的天然蛋白類分子—膠原分子作為介孔硅納米材料的納米封堵器，構(gòu)建介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)，而后通過乳糖酸分子功能化復(fù)合型納米系統(tǒng)，其能與肝癌細(xì)胞膜表面受體（ASGP-R）的特異性吸附，實(shí)現(xiàn)功能性復(fù)合顆粒與肝細(xì)胞的特異性相互作用；最后，本作品評(píng)價(jià)了多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米顆粒與細(xì)胞間的作用機(jī)理，并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)了復(fù)合型納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的存在位置與狀態(tài)，為開發(fā)新一代多功能性介孔硅/蛋白類復(fù)合型納米系統(tǒng)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
獲獎(jiǎng)情況
- 暫無。
鑒定結(jié)果
- 1.未見以天然蛋白質(zhì)-膠原分子構(gòu)建介孔硅/蛋白類智能納米系統(tǒng)的報(bào)道；創(chuàng)新地用乳糖酸分子功能化該系統(tǒng)。2.本作品得到中國(guó)從事生物材料研究的張興棟院士(唯一)及中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)樊瑜波教授的肯定。
參考文獻(xiàn)
- 1.Mal N K, Fujiwara M, Tanaka Y. Photocontrolled reversible release of guest molecules from coumarin-modified mesoporous silica[J]. Nature, 2003, 421: 350-353. 2.J. Lu, M. Liong, J.I. Zink, F. Tammanoi. Mesoporous silica nanoparticles as a delivery system for hydrophobic anticancer drugs. Small, 2007, 3: 1341–1346. 3.Meng H, Xue M, Xia T, Zhao Y L, Tamanoi F, Stoddart J F, Zink J I, Nel A E. Autonomous in vitro anticancer drug release from mesoporous silica nanoparticles by pH-sensitive nanovalves[J]. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132: 12690—12697. 4.Estela Climent, Ramón Martínez-Mańéz, Félix Sancenón, María D. Marcos, Juan Soto, Angel Maquieira, Pedro Amoroes. Controlled delivery using oligonucleotide-capped mesoporous silica nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4734–4737.
同類課題研究水平概述
- 一、智能藥物控制釋放系統(tǒng)：智能藥物控制釋放系統(tǒng)能特異性識(shí)別靶位組織，定時(shí)、定量地將所需劑量藥物導(dǎo)入病灶部位，針對(duì)病變細(xì)胞實(shí)行定向“爆破”；提高藥物療效，減少藥物毒副作用。 二、納米介孔硅的生物相容性：合理控制載體材料的粒徑大小與形貌特征可提高非吞噬類細(xì)胞對(duì)藥物載體的攝入效率。介孔硅納米材料孔道高度有序、比表面積高、孔容大，可以被開發(fā)為納米儲(chǔ)藥池；粒徑在50-1000 nm內(nèi)可調(diào)控；其能被人體內(nèi)的病變細(xì)胞和正常細(xì)胞所高效內(nèi)吞，且具有良好的生物相容性。 三、介孔硅“納米儲(chǔ)存器”：?jiǎn)我患{米介孔硅釋放系統(tǒng)不能有效控制藥物釋放行為且無生物靶向性，應(yīng)用范圍受限。Tanaka等以介孔硅納米顆粒為藥物儲(chǔ)存器、香豆素為“有機(jī)納米塞”，首次實(shí)現(xiàn)介孔硅納米儲(chǔ)存器的光控可逆釋放。此外，對(duì)介孔硅表面進(jìn)行合適的生物與化學(xué)官能團(tuán)修飾，可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞、組織的定點(diǎn)、定時(shí)、定量控制釋放。 四、納米介孔硅智能藥物控釋系統(tǒng)的應(yīng)用類型舉例:(一）無機(jī)納米塞控制器-介孔硅控釋系統(tǒng)：以介孔硅為藥物儲(chǔ)存器、粒徑小于10 nm的無機(jī)粒子為納米塞、響應(yīng)性小分子為連接紐帶構(gòu)建的智能藥物控釋系統(tǒng)。Lin等以萬古霉素與三磷酸腺苷作為模型藥物，負(fù)載到介孔內(nèi)；并通過二硫鍵紐帶將硫化鎘量子點(diǎn)固定到介孔硅表面，構(gòu)建生物還原響應(yīng)型無機(jī)納米塞控制系統(tǒng)。通過體外實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)處于正常的生理?xiàng)l件下，能長(zhǎng)時(shí)間保持“零釋放”；而特定的還原性生理?xiàng)l件下(DTT、GSH)可斷裂二硫鍵，開啟納米塞，釋放出藥物分子。但是，無機(jī)納米塞顆粒不能生物降解，容易在體內(nèi)造成富集，因此其應(yīng)用還存在潛在的生物毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。（二）生物有機(jī)大分子-MSN控制釋放系統(tǒng)：以介孔硅為藥物儲(chǔ)存器、響應(yīng)性生物有機(jī)大分子為納米塞構(gòu)建的智能藥物控釋系統(tǒng)。Lin 等利用聚乙二胺樹枝狀聚合物（G2-PAMAM）作為“有機(jī)大分子納米塞”，在封堵介孔硅納米儲(chǔ)存器的同時(shí)，改變了介孔硅納米顆粒表面的電荷特性，使其能與DNA靜電吸附，實(shí)現(xiàn)藥物、基因的“雙遞送”。但其缺陷在于，藥物的控制釋放依賴于PAMAM的降解，屬于“被動(dòng)”控釋過程，故系統(tǒng)響應(yīng)性欠佳。 總之，表面功能化和封堵的介孔硅納米顆粒是理想的刺激響應(yīng)性載體，適用于控制藥物和基因的遞送。研發(fā)兼具細(xì)胞特異靶向性和特定刺激響應(yīng)性的藥物控釋系統(tǒng)具有重要意義，這正是本作品擬展示的核心所在。
