近年来,随着发病率的持续上升,恶性肿瘤已经成为人类健康的重大威胁。因此,开发具有良好生物安全性、低毒副作用和Cobimetinib细胞培养较好特异性的新型肿瘤治疗策略具有重要意义。基于金属离子在细胞内多种生物过程的重要作用,研究者们开发出了多种纳米材料用于肿瘤治疗。其中,向肿瘤部位递送具有芬顿/类芬顿活性的www.selleck.cn/products/AZD1152-HQPA过渡金属元素引起了广泛的研究,其可以在肿瘤部位将过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_2O_2)转化为活性氧自由基(Reactive oxygen species,ROS),造成凋亡损伤以及促进脂质过氧化物(Lipid peroxides,LPO)累积,诱导肿瘤细胞凋亡/铁死亡。除递送外源性金属元素外,消耗内源性金属离子也是一种潜在的打破胞内离子平衡的有效策略。基于此,本论文构建了一系列复合纳米材料,通过递送外源性金属离子以及消耗内源性金属离子两种途径,打破细胞内金属离子平衡,实现肿瘤的高效治疗。通过充分的理化表征、细胞和动物模型深入评估了纳米材料在肿瘤治疗中的性能和作用机理。具体内容如下:第一部分:为实现外源性金属离子递送,我们制备了一种铜基复合纳米颗粒,通过递送外源性Cu~(2+)的方式,在化疗药物的协助下用于肿瘤细胞治疗。首先,以聚丙烯酸(Polyacrylic acid,PAA)为软模版制备出磷酸铜(Copper phosphate,Cu_3(PO_4)_2)纳米颗粒,在负载阿霉素(Doxorubicin,DOX)和表面修饰羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan,CMCS)后得到PAA-Cu_3(PO_4)_2-DOX-CMCS复合纳米颗粒。其中DOX的上载量和上载率分别为13.25%和51.37%。制备的复合纳米颗粒可以被肿瘤细胞有效摄取并降解释放出Cu~(2+)和DOX。Cu~(2+)通过打破细胞内氧化还原平衡,消耗谷胱甘肽(Glutathione,GSH)并产生ROS。GSH的消耗导致谷胱甘肽过氧化物酶4(Glutathione peroxidase 4,GPX4)失活,促使细胞内LPO的累积,诱导肿瘤细胞铁死亡。DOX在3 h开始富集于细胞核,诱导肿瘤细胞凋亡。根据细胞相对活力实验分析,PAA-Cu_3(PO_4)_2-DOX-CMCS复合纳米颗粒具有良好的肿瘤细胞杀伤性,说明递送外源性Cu~(2+)和DOX可以实现肿瘤细胞的高效治疗。第二部分:为实现外源性金属离子递送,我们进一步制备了一种新型铜基复合纳米片,通过递送外源性Cu~(2+)的方式,在生物酶的协助下实现肿瘤消融。首先,利用碳酸氢铵(Ammonium bicarbonate,NH_4HCO_3)受热易分解的recurrent respiratory tract infections特性,在40℃反应条件下制备出碱式碳酸铜(Basic cupric carbonate,Cu_2(OH)_2CO_3)纳米片。在负载葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,GOx)和表面修饰聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl pyrrolidone,PVP)后得到Cu_2(OH)_2CO_3-PDA-GOx-PVP复合纳米片。其中GOx的上载量和上载率分别为28.11%和78.22%。复合纳米片在生理p H条件下具有良好的稳定性,在微酸性条件下具有良好的酸响应降解特性。制备的复合纳米片可以被肿瘤细胞有效摄取并降解释放出Cu~(2+)和GOx。Cu~(2+)通过细胞内氧化还原平衡,消耗GSH并产生ROS,同时GSH的消耗导致GPX4失活;GOx通过催化葡萄糖使肿瘤细胞处于饥饿状态,伴随生成的H_2O_2可以增强Cu~+介导的类芬顿反应,在Cu~(2+)和GOx的协同作用下,最终诱导肿瘤细胞凋亡和铁死亡。体内实验表明,Cu_2(OH)_2CO_3-PDA-GOx-PVP复合纳米片具有良好的生物安全性和抗肿瘤效果。此外,这种制备方式可灵活拓展,用于制备其它过渡金属元素(Fe,Mn,Co…)的单元或多元碳酸盐纳米材料,是一种绿色通用的合成方法,可以为碳酸盐纳米材料的高效制备提供重要的借鉴意义。第三部分:为实现内源性金属离子消耗,我们制备了一种新型“耗-堵”型复合纳米颗粒,通过耗竭细胞内不稳定铁池(The labile iron pool,LIP)诱导肿瘤细胞凋亡。首先,通过双乳液法将聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)、乙二胺四乙酸(Ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)以及依布硒(Ebselen,EBS)合成为PLGA-EDTA-EBS复合纳米颗粒。该复合纳米颗粒可以被肿瘤细胞有效摄取,并酸响应释放出EDTA和EBS,EDTA可以通过与LIP中的Fe~(2+)形成螯合物EDTA-Fe,快速消耗肿瘤细胞内的铁元素;EBS通过与二价金属转运蛋白1相互作用使肿瘤细胞无法从胞外补充铁元素。通过这种策略造成的细胞内铁元素耗竭,一方面导致核糖核苷酸还原酶的活性降低,使DNA的合成受阻从而抑制肿瘤细胞增殖,直接表现为细胞周期处于G1期和G2/M期的细胞数量明显减少,处于S期的细胞数量明显增加,细胞周期相关蛋白(Cyclin A2、Cyclin E1以及CDK2)下调;另一方面导致铁硫簇含量下调,使线粒体功能异常,直接表现为线粒体膜电位降低,细胞内ATP合成以及乳酸外排减少,最终诱导肿瘤细胞凋亡。体内实验表明,PLGA-EDTA-EBS复合纳米颗粒具有出色的生物安全性和体内抗肿瘤效果。这种基于肿瘤细胞内铁元素耗竭实现肿瘤消融的策略,可以为未来制备高效且安全的纳米材料提供重要的借鉴意义。