【《光热DNA纳米材料的研究进展国内外文献综述》3600字】

光热DNA纳米材料的研究进展国内外文献综述1.1光热纳米材料在治疗癌症中的应用纳米技术的兴起以及新型纳米材料的发现促进了生命医学的发展，其中光热纳米材料的特殊性质使其在肿瘤治疗领域被广泛应用。光热治疗的核心问题是在于如何寻找合适的纳米材料作为介导，目前用于光热治疗的纳米材料的种类可以大致分为两类：无机光热纳米材料和有机光热纳米材料。无机光热纳米材料主要是各种贵金属、碳基材料和黑磷等。其中金基纳米材料拥有表面等离子体共振效应的存在，因此金基纳米材料的运用更为广泛。到目前为止，研究员已经利用金基纳米材料在进行研究，他们将金基纳米材料做成了各种形状，其中包括金纳米棒、金纳米笼、等，形状的不同也会影响金基纳米材料的性质[6]。Song等[7]通过修饰金纳米棒（AuNR@PEG）的方法合成了一种光热纳米材料，并且将合成的纳米材料注射进小鼠体内，在对小鼠进行一次光热治疗后，利用仪器测得小鼠的局部温度可以达到75.2℃，这种光热纳米材料的光热转换效率可以达到51%，同时对肿瘤细胞有着良好的杀伤效果。碳纳米材料作为一种的化学材料,还是受到人们的关注。其在能源、材料等众多领域有着非常重要的应用。碳元素作为人体的基本组成元素，其与生物的相容性明显要比其他金属元素高。因此其能够表现出了具有相对较低的细胞毒性的性质，在生物纳米材料领域有着非常明显的优势[8]。在石墨、碳纳米管、石墨烯这些碳基纳米材料中,碳原子会形成一个巨大的共轭体系。同时因为这个体系,其才能够在近红外区表现出具有很强的光吸收能力,同时也表现出极强的光热转换能力[9]。而且它们的稳定性强，即使长时间的照射，其光吸收性能也不会降低或是衰减，因此碳基纳米材料在用来利用光热治疗来治疗肿瘤的方面具有广阔的应用前景[10]。Zhang等[11]将石墨烯分散在乙醇中,然后涂覆在经过处理过的聚四氟乙烯表面,最终可以得到一种石墨烯薄膜。该薄膜可以吸收波长为250～2500nm的太阳光,此外它的光热转换效率可以高达86.5%。有机光热纳米材料主要包括近红外荧光染料、共轭高分子聚合物、卟啉类以及其他新兴有机纳米材料。吲哚箐绿（ICG）是近红外荧光染料中突出的代表。而且由于它是经过了美国食品药品监督管理局正式批准的可用于临床有机小分子。同时吲哚箐绿也是具有较高的光热转换效率[11]。因此，吲哚青绿的应用也是很广泛的。但由于吲哚箐绿本身具有光稳定性差、水溶液中稳定性差以及肿瘤部位聚集有限等缺点，因此，吲哚箐绿需要进行修饰后方可应用于光热治疗领域。Xu等［12］经过实验后制备出了一种经ICG染色的蚕丝蛋白纳米颗粒(ICG-SFNPs)。它在近红外光照射下，表现出了比游离ICG更加稳定的光热效应。同时具备经近红外光照射后温度迅速升高从而杀伤肿瘤细胞的能力；同时ICG-SFNPs可以在胞质内产生红色荧光，可用于细胞成像。Niu等［13］制备出一种荧光磁性纳米材料Fe3O4/ICG@PLGA/PFPNP。其可以在近红外光照射下实现将肿瘤消融的目的，同时对正常组织的毒性小。因此它可以作为一种有效的纳米消融剂来用于进行肿瘤消融。另外，为了实现与化疗的协同作用来治疗恶性肿瘤，Feng等［14］报道了一种用ICG自组装紫杉醇纳米颗粒(IS-PN)，它的特点就是可以增强肿瘤组织通透性，以及保留效应实现靶向性。并且表现出了不错的光热消融治疗效果。聚多巴胺（polydopamine,PDA）是由于增加蚌贝的大体积而使其分泌的类似一种人体纳米蛋白粒状结构的多功能人体聚合物,制备工艺过程操作方法简便、附着改变能力强、生物化学相容性好,能够与各种人体细胞内的形状和结构性质不同的多功能人体纳米材料结构相互作用组织进行结合而得以产生新型的多功能人体纳米材料,因此,其在恶性肿瘤后的发病和进行光热照射手术后的治疗中中已经成功得到广泛的临床研究和广泛应用。聚多巴胺类的这种纳米材料不仅可以在体内快速有效地被人体降解,而且它们的化学毒性相对较低,非常安全。此外,其还同样可以保证拥有优异的抵抗电磁辐射和可转换性。所以,聚多巴胺被广泛认为可以是一种良好的化学光热耦合纳米材料。同时由于存在聚多巴胺晶体表面的药物功能化和氧化物基团比较多,有利于进一步通过修饰和氧化实现药物功能化(如成像,载体给药等等)。不必再或者需要外部的螯合加工分子材料即可对外部聚多巴胺分子进行螯合,因此不必再或者需要直接使用任何高温或者其他有毒的化学试剂材料来对外部聚多巴胺分子进行螯合加工作为制剂,其生产操作管理工艺十分简单、安全。而且这些安全性质更加确保了对聚多巴胺比其它同类药物的其他治疗方法手段更为安全具有强的市场性和竞争力。1.2DNA纳米材料DNA的双螺旋分子结构及其特点被公布在大众面前,以及后被众多研究者所发现DNA单链自组装事能够形成超分子纳米结构。这些使的DNA纳米技术领域发生了革命性的变化。DNA作为重要的遗传物质，具有精准的碱基配对的能力、良好的生物相容性。通过针对DNA进行合理的理性设计，可以使得DNA纳米材料拥有具有较高的膜渗透性和可以控制的靶向释放能力。由于DNA是生物的内源分子，所以DNA纳米材料在体内外环境与生物系统中都表现出良好的兼容性[15]。DNA纳米结构是以DNA片段作为基本材料,利用碱基互补配对原则进行自组装,进而杂交形成具有特定形状及功能的空间结构,如三链结构、离子桥联配合物、G-四链体以及发卡结构等[16]。由于DNA的空间结构本身具有较高的可控性和精密度,所以经过组装而成的DNA纳米结构本身具有许多独特的优点:比如生物相容性和无毒性、不易被核酶降解、良好的可设计性和高渗透性等,这些特点使得DNA纳米结构具有优越的生物医学应用前景[17]。随着DNA纳米技术的快速进步发展,不同维度、多种形状和不同大小的DNA纳米结构被组装了出来,并且基于其易于修饰的特征,功能化的DNA纳米结构由于兼具DNA纳米结构和特异性功能分子的特性,在生物检测和成像、药物输送等领域应用广泛[18]。经过多年的探索和发展，DNA已经在化学、生物学和材料科学等各个领域获得到了科研工作者的广泛关注和重视，多种基于DNA的纳米材料陆续被开发并进行了合成，并已经被广泛应用于多个领域。DNAzyme是一种利用体外分子进化筛选技术(SELLEX)在体外人工合成获得的一种具有催化功能的单链DNA片段，具有切割RNA及DNA的作用、过氧化物酶活性、金属螯合作用、DNA连接酶活性等多种催化功能[19]。DNAzyme它既是核酸也是一种酶。1994年发现了第一个DNAzyme片段[20],这是DNAzyme首次在人们面前亮相。随后，1997年，Santoro等[21]在建立DNAzyme的筛选系统时发现第8轮的17克隆和第10轮的23克隆的两段DNAzyme序列，因为这两段DNAzyme都是需要二价金属离子作为辅助才能够发挥作用的，例如有二价镁离子的辅助才能够发挥其功能，同时因为这两段DNAzyme被发现在筛选系统中，所以这两种DNAzyme分别便以它们被发现的筛选系统中的位置命名，分别别命名为8-17DNAzyme和10-23DNAzyme。而在这两种DNAzyme中，又以10-23DNAzyme最为常用，它也是目前实验室和临床研究中应用最为广泛的酶。它可以直接通过碱基配对原则与目标RNA发生特异性结合。从而实现靶向RNA特定部位的切割反应。也正是因为有这样的活性，10-23DNAzyme才真正能够特异性的针对目标基因，使其在mRNA水平就被直接灭活，从而可以实现调控基因表达的目的，并且可以获得对其他基因没有影响的结果，因此10-23DNAzyme才会成为基因治疗的一种重要的工具酶。DNAzyme性质稳定，而且由于它的分子量小，能够更加容易地进行人工合成和修饰，并且它的特异性更好[22]。正是因为它具有以上的特点，才使得DNAzyme在基因治疗这一方面显示出广阔的应用前景，在未来很大程度上成为治疗肿瘤的有效方法和手段，在治疗肿瘤这一领域上发挥出巨大的作用。靳祎等人[8]构建了一种新型的可以同时沉默两个基因、且能够进行生物降解的DNAzyme纳米花，其被用于乳腺癌的肿瘤基因治疗,同时合成的DNA纳米花还可以作为药物载体，具有实现药物靶向运输的功能。该体系有效地增强了癌症细胞的光热敏感性，利用该体系的光热效应可以使得肿瘤区域的温度迅速升高，从而杀死癌细胞。谭蔚泓课题组[9]把DNAzyme负载在MnO2纳米片上用于肿瘤治疗，MnO2纳米片不仅可以保护DNAzyme不被体内酶所消化,而且还能够高效地DNAzyme递送到细胞质内。同时，材料进入到肿瘤细胞内后,MnO2能够被细胞内的高浓度的谷胱甘肽还原成Mn2+,而同时得到的Mn2+可以进一步成为DNAzyme辅助因子,从而激活DNAzyme，实现基因治疗。虽然人们对于DNAzyme的研究没有停止，并且在用DNAzyme用于癌症的基因治疗中也取得了很多有意义的结果，但对于DNAzyme用于临床应用还是有不短的一段路要走，还有很多需要等待解决的问题，而其中最需要解决的问题就是递送的问题。如图1-3所示[21]，当DNAzyme注射入人体后到到达肿瘤组织这一过程中需要经过很多地方。它是需要经过全身血液的循环的。然后才是需要进入肿瘤血管，这其中需要克服肿瘤间质的高孔隙压力的作用，才能够进入癌细胞。进入细胞后要能够找到目标mRNA。并且是特异性的、有针对性的找到。然后发挥DNAzyme切割活性将之失活，从而发挥抗肿瘤活性的作用。在此过