具有LIFU响应性的磁导航仿生系统增强血栓靶向性的实验研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fh1130
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第一部分仿生系统的制备及性质检测目的:制备一种可用于增强血栓靶向能力的仿生系统,并验证其基本的理化性质及稳定性。方法:1.仿生系统的制备:通过改良的两步脱溶法及碳二亚胺法制备以明胶(gelatin)为载体,含有Fe3O4及CREKA多肽的纳米粒(Gel-Fe3O4-CREKA)。用Di I将Gel-Fe3O4-CREKA纳米粒染色后与LPS活化的RAW 264.7细胞分别孵育1、2、3和4 h,用磷酸盐缓冲盐水(PBS)洗涤收集细胞,得到仿生系统。2.仿生系统的性质检测:普通光学显微镜、透射电镜及扫描电镜观察其形貌和大小;用马尔文粒径仪检测其粒径、电位及稳定性;电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)计算其载铁量;采用流式细胞仪分析CREKA多肽的负载率;傅里叶红外证明CREKA多肽与明胶NPs连接后酰胺键的形成;激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)观察CREKA多肽与明胶NPs的结合状态。在激光共聚焦显微镜(CLSM)、流式细胞仪和透射电镜(TEM)下观察制备样品的形态和大小。用低强度聚焦超声(LIFU)对制备的仿生系统辐照(1、2、3、4 W/cm~2)10分钟,用CAM/PI染色后,在CLSM下观察结果;对2 W/cm~2辐照后的仿生系统进行离心收集,在TEM和CLSM下观察结果。结果:普通光学显微镜、透射电镜及扫描电镜下,纳米粒呈球形,大小均匀,形状规则。其粒径大小为197.53±0.83 nm,分散系数为0.063±0.022,zeta电位为-6.61±0.76 m V;在连续8天的观察中纳米粒的粒径和电位未见明显改变;在不同p H值的溶液中,纳米粒的粒径和zeta电位变化无显著差异(P<0.05);Fe3O4负载率分别为57.81±2.40%;流式细胞仪显示CREKA多肽在纳米粒上的携带率为64.75%,傅里叶红外结果证明酰胺键的形成,CLSM结果表明CREKA肽成功地与明胶NPs连接。CLSM和流式细胞仪结果显示,随着时间增加,越来越多的纳米粒被LPS激活的RAW 264.7细胞吞噬,4 h时被吞噬的纳米粒最多;透射电镜图像显示,黑点样纳米粒在RAW 264.7细胞质中积累。活/死染色结果显示,随着LIFU强度的增加,细胞的死亡率也随之增加;当LIFU强度为2 W/cm~2时,温度升高至39-40℃;TEM和CLSM结果显示,仿生系统经过2 W/cm~2辐照后释放的纳米粒呈规则的球形,大小约为200 nm,Fe3O4和CREKA肽仍然吸附在明胶纳米粒的表面。结论:该仿生系统成功装载Gel-Fe3O4-CREKA纳米粒,并在LIFU(2 W/cm~2,10 min)辐照下能够释放出完整的Gel-Fe3O4-CREKA纳米粒,为后续在体外和体内对血栓靶向能力对探究奠定了基础。第二部分仿生系统在体外靶向血栓能力的研究目的:验证该仿生系统在体外靶向血栓成分及血栓凝块的能力。方法:通过细胞迁徙实验验证仿生系统靶向血小板炎性因子的能力:将3组仿生系统均匀混合在基础培养基中,然后加入上室;第一组加完全培养基于下室;第二组加完全培养液和血小板炎性因子IL-1于下室;第三组与第二组相同,但额外在下室底部置磁铁。最后将三组置于培养箱中孵育24 h,然后在显微镜下观察迁移细胞并计数。在体外通过冰冻切片验证仿生系统靶向血栓凝块的能力:在模拟的血液循环模型中加入不同处理的仿生系统并采用LIFU(2 W/cm2,10 min)辐照,设置循环时间为10分钟。血栓标本用4℃多聚甲醛固定后制作冰冻切片。最后利用CLSM对结果进行成像。用Image J软件分析各组的荧光强度。结果:细胞迁移结果显示,单独的仿生系统处理组几乎没有细胞迁移,仿生系统+IL-1处理组只有少量细胞成功穿透上腔膜,而仿生系统+IL-1+磁铁处理组细胞大量成功穿膜,三组间差异有统计学意义(P<0.0001)。冰冻切片结果显示,当Gel-Fe3O4-CREKA不与磁导航结合时,荧光信号低于其与磁体结合组;而仿生系统+磁铁+LIFU处理后的血栓和Gel-Fe3O4-CREKA与磁铁结合处理后的血栓两组的平均荧光信号强度无明显差异。结论:巨噬细胞的趋化和磁导航都可以增强给药系统对血栓的靶向能力。第三部分仿生系统在体内靶向血栓能力和生物安全性的研究目的:验证该仿生系统在体内靶向血栓的能力。方法:建立大鼠颈动脉血栓模型,评价体内靶向能力;通过鼠尾静脉分别注射靶向纳米粒、非靶向纳米粒、仿生系统,仿生系统用低声功率密度(2 W/cm2)的LIFU辐照10 min,另加注射生理盐水的大鼠作为假手术组。取颈动脉血栓段进行苏木精和伊红(H&E)染色,所有样本均由经验丰富的病理学家观察。另外分别在造模前、注射后15,30,45,and 60 min采集磁共振图像以及15,30,45,60,90,120 min采集活体荧光图像;注射后24 h,通过病理切片、血生化检测评价该仿生系统及靶向纳米粒的生物安全性。结果:病理切片结果显示,靶向纳米粒组血栓周围积聚的NPs多于非靶向组和仿生系统未进行LIFU照射组;在仿生系统+磁铁+LIFU组中,血栓部位沉积的NPs最多。磁共振图像结果显示,注射非靶向纳米粒前后血栓周围无明显信号变化;靶向纳米粒组颈动脉信号略有减弱;此外,靶向纳米粒+磁体治疗组比单独的靶向纳米粒组信号降低得更明显。仿生系统+磁体+LIFU组血栓周围信号明显降低,且降低程度明显高于前两组;腹部冠状动脉MR-T2WI图像显示,注射靶向纳米粒比注射仿生系统肝、肾、脾信号降低得更加明显。活体荧光图像结果显示,随着时间的增加,颈动脉血栓形成的荧光强度逐渐增加,在90 min时最强,2 h时荧光信号较前稍弱;荧光定量分析结果显示,在60 min、90 min、120 min时,仿生系统+磁铁+LIFU处理组的颈动脉荧光强度显著高于靶向纳米粒组(P<0.0001);靶向纳米粒组肝脏和脾脏的荧光信号明显强于仿生系统+磁铁+LIFU组。全血计数(WBC、RBC、HGB、PLT)和生化检测(ALT、AST、CREA、UA)均在正常范围内。结论:这些结果表明,在巨噬细胞的伪装和磁引导下,MTNPs可以逃脱RES的捕获,将更多的靶向纳米粒转运到血栓部位,在LIFU照射下,增加了血栓处NPs的积累,增强了体内靶向血栓的能力。该仿生系统具有良好的生物相容性和无毒性能,可作为安全的药物给药系统。
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