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开题报告内容： 1. 背景与设计思路 光动力疗法（PDT）是一种著名的临床治疗方法，它涉及光敏剂、分子氧（O2）和激发光来产生细胞毒性活性氧，如单态氧（1O2），已被证明是治疗范围广泛的局限性和浅表性癌症或其他疾病的一种选择性方法[1–9]。PDT除了通过直接的光损伤破坏癌细胞外，还可以诱导肿瘤血管损伤，激活免疫系统的反应[10–13]。与化疗、手术、放疗等传统方式相比，O2参与的PDT对光照射的定位具有时空控制，可以显著提高选择性，减少副作用[14–16]。另一方面，肿瘤缺氧会影响PDT的治疗效果，因为在这个过程中O2是必不可少的元素。肿瘤细胞的不可控生长和肿瘤血管的不正常形成不可避免地导致了肿瘤缺氧。此外，PDT引起的微血管塌陷会进一步破坏O2的供应，加重缺氧状态，从而阻止癌症的有效PDT。导致出现了一个恶性循环——PDT不仅消耗局部的O2，而且切断O2的供应。因此如果能够有效地为肿瘤微环境补充氧气，PDT的治疗效果将会得到提高。 血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质，血红蛋白存在于几乎所有的脊椎动物体内，在某些无脊椎动物组织也有分布。血液中的血红蛋白从呼吸器官中将氧气运输到身体其他部位释放，以满足机体氧化营养物质支持功能运转之需要。平均每克血红蛋白可结合1.34 mL的氧气，是血浆溶氧量的70倍。一个哺乳动物血红蛋白分子可以结合最多四个氧分子。 基于以上，本课题设想利用内源性载氧蛋白——血红蛋白（Hb）作为近红外区光敏剂吲哚菁绿（ICG）的药物载体，同时采用上市抗癌药物索拉菲尼（sorafenib）诱导自组装形成纳米粒（HIS）用于光动力治疗的研究。本课题将探索HIS的制备工艺，并初步对该递药系统的进行体内外评价。预计本课题的完成将提供一个新的用于增强PDT的载体平台。 2. 研究内容 针对PDT的抗肿瘤机理及研究现状，解决在肿瘤乏氧微环境下PDT疗效不佳，提高光敏剂杀伤乏氧肿瘤的效果是本课题的研究重点。本课题通过疏水性抗癌药物索拉非尼诱导Hb和ICG自组装形成同时载有氧气和光敏剂的纳米药物，通过提送氧气缓解肿瘤微环境乏氧提高光敏剂ICG产生ROS的效率，提高光动力疗法抗肿瘤效果。 2.1 药物诱导自组装的HIS纳米粒的制备与表征 2.1.1准备ICG的DMSO溶液（10 mg/mL），索拉非尼的DMSO 溶液（20mg/mL），Hb的PBS溶液（2mg/mL）。快速搅拌下，将ICG和索拉非尼溶液按一定比例加入Hb的PBS溶液中。制备过程中，液体颜色由暗红转为暗绿。将所得液体在低温高速离心机中以14800 rpm的速率离心，去除沉淀。将所得上清在低温高速离心机中以8000 rpm的速率超滤去除多余的游离药物。将所得的纳米粒血红蛋白特征峰处的吸收于血红蛋白紫外可见光标曲进行对照，测定所制备的纳米粒子的浓度。 2.1.2利用表面电位粒径仪来测定HIS纳米粒的表面电荷、粒径。 2.1.3利用透射电镜测定HIS纳米粒的形态。取少量HIS纳米粒置于微栅上，利用透射电镜观测纳米粒的形态。 2.1.4应用激光共聚焦显微镜（CLSM）、荧光探针考察HIS纳米粒在肿瘤细胞的细胞内递送。 2.2 HIS纳米粒抗肿瘤活性的研究 2.2.1 利用MTT考察HIS纳米粒体外细胞毒性。 2.2.2 应用激光共聚焦显微镜（CLSM）、乏氧荧光探针考察HIS纳米粒在体外缓解乏氧能力。 2.2.3 应用激光共聚焦显微镜（CLSM）、ROS荧光探针考察HIS纳米粒在体外产生ROS能力。 2.2.4 测量记录各组荷瘤小鼠给药后肿瘤体积大小变化。 3.本课题的难点 血红蛋白体外载氧不稳定且易被氧化，因此HIS纳米粒需要现配现用。同时对于纳米粒的纯化我们采用的是超滤的方法，这样会带来一个严重的问题——部分纳米粒会沉积在超滤管上面，需要在每次超滤过后对上清中的纳米粒进行定量。另外，本课题采用的光敏剂ICG是近红外燃料，同时具有光热和光动力的性质，需要在NIR照射的情况下，调整光强，使得ICG主要发挥的是光动力治疗的作用。 4. 论文工作进度计划
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指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 |
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所在教研室审查意见：
负责人签名： 年 月 日 |
填写说明
1.指导教师意见填写对文献综述的评语，对本课题的深度、广度及工作量的意见和对论文结果的预测；
2.所在教研室审查意见包括对指导教师意见的认定和是否同意开题等。
用于癌症光动力治疗的纳米药物递送系统
朱竞成
（中国药科大学，南京 211198）
摘 要 光动力疗法(PDT)是用光敏药物和激光活化治疗肿瘤疾病的一种新方法。用特定波长照射肿瘤部位，能使选择性聚集在肿瘤组织的光敏药物活化，引发光化学反应破坏肿瘤。通过PDT来进行癌症治疗的策略已被广泛研究并证明是很有潜力的癌症治疗方式。用于光动力治疗的纳米药物递送系统的最新发展进一步突出了该策略在癌症治疗中的巨大潜力。在本综述中，我们总结了设计用于光动力治疗的纳米药物递送系统的最新进展，并讨论了这些抗癌策略的挑战和未来前景。
关键词 药物递送系统 纳米药物 光动力治疗
Nano drug delivery system for cancer photodynamic therapy
ZHU Jingcheng
China Pharmaceutical University, Nanjing 211198, China
Abstract The general advances made in nanomedicine and progress in the use of photosensitizers for PDT make the development of photoactive nanoparticles an obvious choice for current research; in addition it is considered a 'hot topic' by funding agencies. This applies both to the development of anti-cancer drugs and of sensors for tumor indication and imaging or for other applications of PDT such as neovascular disorders (e.g., age-related macular degeneration, proliferative diabetic retinopathy, corneal angiogenesis).
Key words drug delivery, nanomedicine, photodynamic therapy
光动力疗法(PDT)是一种著名的临床治疗方法，它涉及光敏剂、分子氧(O2)和激发光来产生细胞毒性活性氧，如单态氧(1O2)，已被证明是治疗范围广泛的局限性和浅表性癌症或其他疾病的一种选择性方法。PDT除了通过直接的光损伤破坏癌细胞外，还可以诱导肿瘤血管损伤，激活免疫系统的反应。与化疗、手术、放疗等传统方式相比，O2参与的PDT对光照射的定位具有时空控制，可以显著提高选择性，减少副作用。
光敏剂是能吸收和重新释放特殊波长的卟啉类分子，具有四吡咯基结构。第一代光敏剂有血卟啉衍生物(HpD)、二血卟啉酯(DHE)。
光敏试剂静脉注射后，组织内分布最高在肝，其后依次为脾、肾上腺、膀胱和肾以及皮肤。从体内排除主要途径是肠道，从尿排除量仅4%。在肿瘤、皮肤、以及网状内皮系统包括肝脾等器官内存留时间较长。体内半寿期100小时以上。从肿瘤内清除较之从正常组织为慢，最大的肿瘤/正常组织浓度比见于48~72小时。
药物递送系统可用于封装光敏剂以提高光动力治疗效果。光敏剂可被封装在脂质体[1]、胶束[2]、陶瓷基纳米颗粒[3]、金纳米颗粒[4]和聚合物纳米颗粒[5]等传递介质中进行修饰。例如，脂质体既可以包封疏水性药物，也可以包封亲水性药物。脂质体具有降低光敏剂聚集的倾向，提高肿瘤选择性聚集[6]的能力。胶束能抵抗RES的消除，而RES能促进胶束在体内的循环，并能将药物输送到靶细胞。它们还可以封装难溶于水的药物，并且具有很强的生物相容性。
生物可降解和非生物可降解纳米颗粒封装的光敏药物具有多种优点。由于体积小，它们不会被RES系统从体内移除，从而延长半衰期。它们具有很强的保护封装剂的能力，与生物系统兼容，并且它们的表面很容易被抗体或其他配体等官能团修饰以提高选择性[7]。
另一种可能性是使用纳米金刚石(ND)。它们具有生物相容性，最小的细胞毒性，是具有纳米级钻石结构的碳纳米材料，具有潜在的医学应用价值。由于它们能够缓慢而稳定地释放药物，具有精确的颗粒分布、高的表面积体积比和巨大的载药量，因此适合于药物的控释[8]。此外，NDs在水中的稳定性使其成为一种很有前途的重要工具，只要它们的保留时间不太长[9]。
光敏剂也可以用树枝状大分子。树枝状大分子是一种具有核、支和末端基团的高度复杂的分子，可以与药物分子结合或负载。它们有能力控制和修改树状分子偶联物的大小和亲脂性，以优化细胞摄取，并具有高药物载荷[10]。与传统的光敏剂不同，树枝状聚苯乙烯即使在极高的浓度下也能产生有效的活性氧。典型的例子是离子型树枝状光敏剂，其中核心的卟啉或酞菁被大型树枝状楔形物所包围，这些楔形物在空间上阻止了中心染料分子[11]的聚集。
碳纳米管是将光敏剂传递到所需组织的另一种独特的可能性[12]。这些结构是通过将碳片轧制成单壁、双壁或多壁的空心管而合成的。它们被迅速地从体内移除，并且溶解的纳米管没有明显的细胞毒性。此外，它们可以被修饰成携带可以共价结合的活性试剂或靶向基团[13]。碳纳米管吸收近红外区域的光，由于局部过热会导致活细胞内的细胞死亡[14]。然而，它们的长期效用是有疑问的，因为它们可能构成癌症风险[15]。
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