基于核酸适体的多功能上转换纳米探针的研究

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1、学校代号10532学号B1311S00211分类号密级博士学位论文基于核酸适体的多功能上转换纳米探针的研究学位申请人姓名吴园培养单位化学化工学院导师姓名及职称谭蔚泓教授学科专业分析化学研究方向生物传感与生化分析论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：B1311S0021密级：湖南大学博士学位论文基于核酸适体的多功能上转换纳米探针的研究学位申请人姓名：吴园导师姓名及职称：谭蔚泓教授培养单位：化学化工学院专业名称：分析化学论文提交日期：2018年05月论文答辩日期：2018年05月答辩委员会主席：张晓兵教授TheStu

2、dyofMultifuntionalUpconversionNanoparticlesBasedonAptamersbyWUYuanB.S.(WuhanInstituteofTechnology)2011AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofScienceinAnalyticalChemistryintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfesso

3、rTANWeihongMay,2018博士学位论文摘要伴随着生命科学和现代医学技术的快速发展，人类运用分子生物学和各种疾病诊断与治疗方法在探索与实现疾病早期诊疗方面已经取得了很大进展。但据2017年中国国家癌症中心发布的数据结果显示，癌症新发人数仍在持续升高，癌症仍是致使国人死亡的重要因素。传统的癌症治疗手段，如化疗，通常因为化疗药物的非特异性作用，在癌症给药治疗过程中对患者造成严重的副作用，引发各种并发症。常用的癌症诊断技术如X射线扫描或CT扫描等影像学检测方法灵敏度低，存在假阳性信号导致过度诊疗或错过了最佳诊疗时间。因此，

4、建立和发展高灵敏的癌症精准早期诊断技术和高效的靶向精准癌症治疗手段是提高癌症患者生存率的关键，已成为全球生命科学研究和创新研制精准治疗药物的首要任务。自20世纪90年代首次提出核酸适体的概念及研究成果发表以来，经过近30年的研究，它已成为分子生物学、分析化学、生物化学、医学、生物信息学、药学和纳米材料等众多学科领域的研究热点之一。核酸适体是一种备受关注的新型识别分子，被称为“化学家的抗体”，具有高选择性、高特异性、靶标范围广、免疫原性低、生物相容性好、易合成与修饰和易保存等许多优点，已成为一类可以用于癌症精准早期诊断与高效个性

5、化治疗的新型靶向配体。另一方面，纳米材料由于其独特的物理化学性质、尺寸小、比表面积大、负载能力强、生物相容性好和易修饰等优点，在生物成像和治疗领域具有广阔的应用前景。基于以上研究背景，围绕如何将核酸适体功能化的纳米材料和病毒载体应用到癌症的早期诊断和治疗中，本论文开发了一系列新型多功能纳米诊疗体系并用于生物成像和治疗研究。具体包括下列内容：（1）传统的光动力治疗技术光穿透组织不够深，同时光敏剂不具有靶向能力而产生副作用。因此，开发一种高选择性和准确定位的方法更好地控制光激发光敏剂产生单线态氧显得极为重要，以提供更有效的光动力治

6、疗手段，减少副作用。在第二章中，我们基于设计分子间形成G-4结构的核酸适体功能化的上转换发光纳米材料构建了一种特异性靶向生物成像和光动力治疗的的纳米诊疗探针。通过设计将sgc8核酸适体的序列5’端延伸出一条可以分子间形成G-4结构的富G碱基的短序列，形成的G-4结构可以装载光敏剂TMPyP4。再将该序列5’端修饰的巯基通过sulfo-SMCC交联剂共价交联到上转换发光纳米材料表面。当该纳米探针进入到目标细胞后，用近红外光激发上转换发光纳米材料后发射出来的可见光通过发光共振能量转移激发光敏剂产生单线态氧，对目标细胞产生光毒性。（

7、2）油酸包裹的疏水上转换发光纳米材料（UCNPs）在生物应用之前需要进II基于核酸适体的多功能上转换纳米探针的研究行转水相，文献中报道的利用Lemieux-vonRudloff试剂进行转水相耗时较长。因此，我们仔细研究Lemieux-vonRudloff试剂氧化烯烃中的碳碳双键的机理后，设想是否可以通过适当调节Lemieux-vonRudloff试剂中的KMnO4和NaIO4试剂的用量比例，来加速氧化UCNPs表面油酸配体的时间。在第三章中，我们通过调节Lemieux-vonRudloff试剂中的KMnO4和NaIO4试剂的用

8、量比例，在UCNPs表面原位生长了可以猝灭其荧光的沉淀物，并成功将其转水相。然后，采取一系列的表征手段，鉴定出表面的生长物为二氧化锰，为构建新型的纳米诊疗探针提供了研究基础。（3）我们组已经报道使用二氧化锰纳米片用于癌症基因沉默治疗，但是在活体研究中是采用活体瘤注射药品的，这