光熱DNA納米材料的研究進(jìn)展國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1光熱納米材料在治療癌癥中的應(yīng)用納米技術(shù)的興起以及新型納米材料的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了生命醫(yī)學(xué)的發(fā)展，其中光熱納米材料的特殊性質(zhì)使其在腫瘤治療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。光熱治療的核心問題是在于如何尋找合適的納米材料作為介導(dǎo)，目前用于光熱治療的納米材料的種類可以大致分為兩類：無機(jī)光熱納米材料和有機(jī)光熱納米材料。無機(jī)光熱納米材料主要是各種貴金屬、碳基材料和黑磷等。其中金基納米材料擁有表面等離子體共振效應(yīng)的存在，因此金基納米材料的運(yùn)用更為廣泛。到目前為止，研究員已經(jīng)利用金基納米材料在進(jìn)行研究，他們將金基納米材料做成了各種形狀，其中包括金納米棒、金納米籠、等，形狀的不同也會影響金基納米材料的性質(zhì)[6]。Song等[7]通過修飾金納米棒（AuNR@PEG）的方法合成了一種光熱納米材料，并且將合成的納米材料注射進(jìn)小鼠體內(nèi)，在對小鼠進(jìn)行一次光熱治療后，利用儀器測得小鼠的局部溫度可以達(dá)到75.2℃，這種光熱納米材料的光熱轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到51%，同時對腫瘤細(xì)胞有著良好的殺傷效果。碳納米材料作為一種的化學(xué)材料,還是受到人們的關(guān)注。其在能源、材料等眾多領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。碳元素作為人體的基本組成元素，其與生物的相容性明顯要比其他金屬元素高。因此其能夠表現(xiàn)出了具有相對較低的細(xì)胞毒性的性質(zhì)，在生物納米材料領(lǐng)域有著非常明顯的優(yōu)勢[8]。在石墨、碳納米管、石墨烯這些碳基納米材料中,碳原子會形成一個巨大的共軛體系。同時因?yàn)檫@個體系,其才能夠在近紅外區(qū)表現(xiàn)出具有很強(qiáng)的光吸收能力,同時也表現(xiàn)出極強(qiáng)的光熱轉(zhuǎn)換能力[9]。而且它們的穩(wěn)定性強(qiáng)，即使長時間的照射，其光吸收性能也不會降低或是衰減，因此碳基納米材料在用來利用光熱治療來治療腫瘤的方面具有廣闊的應(yīng)用前景[10]。Zhang等[11]將石墨烯分散在乙醇中,然后涂覆在經(jīng)過處理過的聚四氟乙烯表面,最終可以得到一種石墨烯薄膜。該薄膜可以吸收波長為250～2500nm的太陽光,此外它的光熱轉(zhuǎn)換效率可以高達(dá)86.5%。有機(jī)光熱納米材料主要包括近紅外熒光染料、共軛高分子聚合物、卟啉類以及其他新興有機(jī)納米材料。吲哚箐綠（ICG）是近紅外熒光染料中突出的代表。而且由于它是經(jīng)過了美國食品藥品監(jiān)督管理局正式批準(zhǔn)的可用于臨床有機(jī)小分子。同時吲哚箐綠也是具有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率[11]。因此，吲哚青綠的應(yīng)用也是很廣泛的。但由于吲哚箐綠本身具有光穩(wěn)定性差、水溶液中穩(wěn)定性差以及腫瘤部位聚集有限等缺點(diǎn)，因此，吲哚箐綠需要進(jìn)行修飾后方可應(yīng)用于光熱治療領(lǐng)域。Xu等［12］經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后制備出了一種經(jīng)ICG染色的蠶絲蛋白納米顆粒(ICG-SFNPs)。它在近紅外光照射下，表現(xiàn)出了比游離ICG更加穩(wěn)定的光熱效應(yīng)。同時具備經(jīng)近紅外光照射后溫度迅速升高從而殺傷腫瘤細(xì)胞的能力；同時ICG-SFNPs可以在胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生紅色熒光，可用于細(xì)胞成像。Niu等［13］制備出一種熒光磁性納米材料Fe3O4/ICG@PLGA/PFPNP。其可以在近紅外光照射下實(shí)現(xiàn)將腫瘤消融的目的，同時對正常組織的毒性小。因此它可以作為一種有效的納米消融劑來用于進(jìn)行腫瘤消融。另外，為了實(shí)現(xiàn)與化療的協(xié)同作用來治療惡性腫瘤，F(xiàn)eng等［14］報道了一種用ICG自組裝紫杉醇納米顆粒(IS-PN)，它的特點(diǎn)就是可以增強(qiáng)腫瘤組織通透性，以及保留效應(yīng)實(shí)現(xiàn)靶向性。并且表現(xiàn)出了不錯的光熱消融治療效果。聚多巴胺（polydopamine,PDA）是由于增加蚌貝的大體積而使其分泌的類似一種人體納米蛋白粒狀結(jié)構(gòu)的多功能人體聚合物,制備工藝過程操作方法簡便、附著改變能力強(qiáng)、生物化學(xué)相容性好,能夠與各種人體細(xì)胞內(nèi)的形狀和結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同的多功能人體納米材料結(jié)構(gòu)相互作用組織進(jìn)行結(jié)合而得以產(chǎn)生新型的多功能人體納米材料,因此,其在惡性腫瘤后的發(fā)病和進(jìn)行光熱照射手術(shù)后的治療中中已經(jīng)成功得到廣泛的臨床研究和廣泛應(yīng)用。聚多巴胺類的這種納米材料不僅可以在體內(nèi)快速有效地被人體降解,而且它們的化學(xué)毒性相對較低,非常安全。此外,其還同樣可以保證擁有優(yōu)異的抵抗電磁輻射和可轉(zhuǎn)換性。所以,聚多巴胺被廣泛認(rèn)為可以是一種良好的化學(xué)光熱耦合納米材料。同時由于存在聚多巴胺晶體表面的藥物功能化和氧化物基團(tuán)比較多,有利于進(jìn)一步通過修飾和氧化實(shí)現(xiàn)藥物功能化(如成像,載體給藥等等)。不必再或者需要外部的螯合加工分子材料即可對外部聚多巴胺分子進(jìn)行螯合,因此不必再或者需要直接使用任何高溫或者其他有毒的化學(xué)試劑材料來對外部聚多巴胺分子進(jìn)行螯合加工作為制劑,其生產(chǎn)操作管理工藝十分簡單、安全。而且這些安全性質(zhì)更加確保了對聚多巴胺比其它同類藥物的其他治療方法手段更為安全具有強(qiáng)的市場性和競爭力。1.2DNA納米材料DNA的雙螺旋分子結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)被公布在大眾面前,以及后被眾多研究者所發(fā)現(xiàn)DNA單鏈自組裝事能夠形成超分子納米結(jié)構(gòu)。這些使的DNA納米技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化。DNA作為重要的遺傳物質(zhì)，具有精準(zhǔn)的堿基配對的能力、良好的生物相容性。通過針對DNA進(jìn)行合理的理性設(shè)計(jì)，可以使得DNA納米材料擁有具有較高的膜滲透性和可以控制的靶向釋放能力。由于DNA是生物的內(nèi)源分子，所以DNA納米材料在體內(nèi)外環(huán)境與生物系統(tǒng)中都表現(xiàn)出良好的兼容性[15]。DNA納米結(jié)構(gòu)是以DNA片段作為基本材料,利用堿基互補(bǔ)配對原則進(jìn)行自組裝,進(jìn)而雜交形成具有特定形狀及功能的空間結(jié)構(gòu),如三鏈結(jié)構(gòu)、離子橋聯(lián)配合物、G-四鏈體以及發(fā)卡結(jié)構(gòu)等[16]。由于DNA的空間結(jié)構(gòu)本身具有較高的可控性和精密度,所以經(jīng)過組裝而成的DNA納米結(jié)構(gòu)本身具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):比如生物相容性和無毒性、不易被核酶降解、良好的可設(shè)計(jì)性和高滲透性等,這些特點(diǎn)使得DNA納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景[17]。隨著DNA納米技術(shù)的快速進(jìn)步發(fā)展,不同維度、多種形狀和不同大小的DNA納米結(jié)構(gòu)被組裝了出來,并且基于其易于修飾的特征,功能化的DNA納米結(jié)構(gòu)由于兼具DNA納米結(jié)構(gòu)和特異性功能分子的特性,在生物檢測和成像、藥物輸送等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[18]。經(jīng)過多年的探索和發(fā)展，DNA已經(jīng)在化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)等各個領(lǐng)域獲得到了科研工作者的廣泛關(guān)注和重視，多種基于DNA的納米材料陸續(xù)被開發(fā)并進(jìn)行了合成，并已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。DNAzyme是一種利用體外分子進(jìn)化篩選技術(shù)(SELLEX)在體外人工合成獲得的一種具有催化功能的單鏈DNA片段，具有切割RNA及DNA的作用、過氧化物酶活性、金屬螯合作用、DNA連接酶活性等多種催化功能[19]。DNAzyme它既是核酸也是一種酶。1994年發(fā)現(xiàn)了第一個DNAzyme片段[20],這是DNAzyme首次在人們面前亮相。隨后，1997年，Santoro等[21]在建立DNAzyme的篩選系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)第8輪的17克隆和第10輪的23克隆的兩段DNAzyme序列，因?yàn)檫@兩段DNAzyme都是需要二價金屬離子作為輔助才能夠發(fā)揮作用的，例如有二價鎂離子的輔助才能夠發(fā)揮其功能，同時因?yàn)檫@兩段DNAzyme被發(fā)現(xiàn)在篩選系統(tǒng)中，所以這兩種DNAzyme分別便以它們被發(fā)現(xiàn)的篩選系統(tǒng)中的位置命名，分別別命名為8-17DNAzyme和10-23DNAzyme。而在這兩種DNAzyme中，又以10-23DNAzyme最為常用，它也是目前實(shí)驗(yàn)室和臨床研究中應(yīng)用最為廣泛的酶。它可以直接通過堿基配對原則與目標(biāo)RNA發(fā)生特異性結(jié)合。從而實(shí)現(xiàn)靶向RNA特定部位的切割反應(yīng)。也正是因?yàn)橛羞@樣的活性，10-23DNAzyme才真正能夠特異性的針對目標(biāo)基因，使其在mRNA水平就被直接滅活，從而可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控基因表達(dá)的目的，并且可以獲得對其他基因沒有影響的結(jié)果，因此10-23DNAzyme才會成為基因治療的一種重要的工具酶。DNAzyme性質(zhì)穩(wěn)定，而且由于它的分子量小，能夠更加容易地進(jìn)行人工合成和修飾，并且它的特異性更好[22]。正是因?yàn)樗哂幸陨系奶攸c(diǎn)，才使得DNAzyme在基因治療這一方面顯示出廣闊的應(yīng)用前景，在未來很大程度上成為治療腫瘤的有效方法和手段，在治療腫瘤這一領(lǐng)域上發(fā)揮出巨大的作用。靳祎等人[8]構(gòu)建了一種新型的可以同時沉默兩個基因、且能夠進(jìn)行生物降解的DNAzyme納米花，其被用于乳腺癌的腫瘤基因治療,同時合成的DNA納米花還可以作為藥物載體，具有實(shí)現(xiàn)藥物靶向運(yùn)輸?shù)墓δ?。該體系有效地增強(qiáng)了癌癥細(xì)胞的光熱敏感性，利用該體系的光熱效應(yīng)可以使得腫瘤區(qū)域的溫度迅速升高，從而殺死癌細(xì)胞。譚蔚泓課題組[9]把DNAzyme負(fù)載在MnO2納米片上用于腫瘤治療，MnO2納米片不僅可以保護(hù)DNAzyme不被體內(nèi)酶所消化,而且還能夠高效地DNAzyme遞送到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。同時，材料進(jìn)入到腫瘤細(xì)胞內(nèi)后,MnO2能夠被細(xì)胞內(nèi)的高濃度的谷胱甘肽還原成Mn2+,而同時得到的Mn2+可以進(jìn)一步成為DNAzyme輔助因子,從而激活DNAzyme，實(shí)現(xiàn)基因治療。雖然人們對于DNAzyme的研究沒有停止，并且在用DNAzyme用于癌癥的基因治療中也取得了很多有意義的結(jié)果，但對于DNAzyme用于臨床應(yīng)用還是有不短的一段路要走，還有很多需要等待解決的問題，而其中最需要解決的問題就是遞送的問題。如圖1-3所示[21]，當(dāng)DNAzyme注射入人體后到到達(dá)腫瘤組織這一過程中需要經(jīng)過很多地方。它是需要經(jīng)過全身血液的循環(huán)的。然后才是需要進(jìn)入腫瘤血管，這其中需要克服腫瘤間質(zhì)的高孔隙壓力的作用，才能夠進(jìn)入癌細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞后要能夠找到目標(biāo)mRNA。并且是特異性的、有針對性的找到。然后發(fā)揮DNAzyme切割活性將之失活，從而發(fā)揮抗腫瘤活性的作用。在此過