石墨烯基材料在药物释放和基因传递领域的运用,医学工程论文.docx
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1、石墨烯基材料在药物释放和基因传递领域的运用,医学工程论文Geim 和 Novoselov1在 2004 年发现了石墨烯,石墨烯是一种由 sp2杂化的碳原子连接的单原子层的新型二维原子晶体。石墨烯具有比外表积大、良好的电导性和热传导等优点,已报道了石墨烯氧化物和石墨烯在物理、化学、生物和材料科学等不同领域的应用。 石墨烯的功能化包括共价键功能化和非共价键功能化,华而不实石墨烯的共价功能化有石墨烯的聚合物功能化和石墨烯的小分子功能化,石墨烯的非共价功能化包含有 - 堆垛互相作用,疏水作用,静电作用等非共价键作用,使修饰分子对石墨烯进行外表功能化,构成稳定的分散体系。研究表示清楚石墨烯是一种有前景的
2、材料,有潜力应用于药物传递、骨组织工程支架、移植、生物传感器等。本文讨论了石墨烯基材料在药物释放和基因传递领域的应用。 2 药物释放利用石墨烯的高比外表积、 - 堆积、静电作用以及疏水作用来实现难溶性药物的高负载量,Liu 等2是最早在这领域进行研究的研究者之一,他们合成负载了喜树碱CPT 衍生物 SN38 的聚乙二醇PEG -功能化的纳米石墨烯氧化物NGO ,NGO-PEG-SN38 复合物既保持了 SN38 优良性能也表现出了良好的水溶性。 在 HCT-116 细胞中,该复合物也具有较高的细胞毒性,比 CPT 强 1000 倍,这导致了很多研究组对石墨烯基复合材料在药物传递中的应用展开了一
3、系列的研究。在另一项研究中,他们也探寻求索了含有共轭构造PEG-NGO 的 rituxan抗体 CD20 + 的靶向给药,也对体外非共价 - 堆积负载阿霉素DOX 的 PEG-NGO共轭型和 pH 值依靠型的药物释放进行了研究3. 一般情况下,纳米载体是与细胞膜互相作用以及通过内吞作用进入细胞内的。石墨烯功能化已成功地用于开发释放药物在细胞质内的刺激响应性纳米载体。例如 Kim 等3利用谷胱甘肽GSH 的近红外NIR 、酸性 pH 值和高细胞内水平来进行 DOX 中的包质交付。经 PEG 和支链聚乙烯亚胺BPEI 功能化的复原氧化石墨烯PEG-BPEI-rGO 纳米载体处理后的细胞暴露于近红外
4、中辐射,以便诱导内涵体破裂以及 DOX 释放。在经近红外辐射后的 PEG-BPEI-rGO/DOX 复合物处理过的细胞中,谷胱甘肽胞质存在所导致的癌细胞死亡率要比在没经过辐射的细胞中的高。 在另一项研究中4,开发了 DOX 负载的 PEG-GO 纳米复合材料,并且利用无标记荧光技术实时监测活细胞体内以及体外 DOX 释放所引起的微量变化。 Wu 等5通过采用物理混合的方式方法在石墨烯氧化物外表负载 DOX 方式在 DOX-耐药 MCF-7/ADR 细胞中注射了抗耐癌药。在体外观测到高药物负载量与DOX 释放时的 pH 值有关。GO 增加了 MCF-7 / ADR细胞中 DOX 的累积量,进而导
5、致了 MCF-7/ADR 细胞的细胞毒性比游离 DOX 的要高。众所周知的是,肿瘤微环境中的 pH 值,细胞内的溶酶体与内涵体都是酸性的。很多研究者已利用这一现象通过石墨烯改性的方式方法来实现肿瘤组织或细胞中活性药物的释放6-7. Depan 等8已对 DOX 释放实验中 DOX-GO-壳聚糖-叶酸DOX-GO-CHI-FA 纳米杂化合物形态的改变进行了研究。在 DOX 释放之前,载体外表几乎没有孔隙,而 DOX 药物释放之后,孔隙度和外表富集现象明显增加。DOX-GO 和 DOX-GO-CHI-FA 复合物在 pH 值 =5. 3 时 DOX 的释放速度要比 pH 值 = 7. 4 时的释放
6、速度快得多。另一方面,聚N-异丙基丙烯酰胺 官能化的石墨烯复合材料PNIPAM-GS 中的药物释放与温度有着密切的关系9,Pan 等9采用 PNIPAM-GS 负载了不溶于于水的抗癌药物 CPT,并对 37 下 PNIPAM-GS-CPT 复合物在水和磷酸盐缓冲液PBS 中 CPT 的释放进行了究。在 33 下,PNIPAM 与石墨烯之间的互相作用将亲水相转变为疏水相,其低临界溶解温度LCST 要比 PNIPAM 均聚物的低临界溶解温度37. 8 低。由于 - 键堆积、石墨烯的疏水作用,所获得的优良的负载型 CPT 的抗癌活性要比 CPT 的高。所报道的研究已经改善了水溶性、药物负载量以及石墨
7、烯基药物偶联物的团圆现象。但是,聚合物功能化的石墨烯能够作为药物释放的扩散阻挡层。Wen 等10采用二硫键合成了聚乙二醇纳米石墨烯氧化物NGO-SS-mPEG ,该氧化物含有氧化复原的 PEG 外壳,这种复合物能够快速地释放包裹在肿瘤细胞中的谷胱甘肽GSH ,由于二硫键的存在,PEG 外壳能选择性地分离细胞内谷胱甘肽刺激信号,并且 DOX 的释放速度要比没有 GSH 存在时的释放速度快 1. 55 倍。Yang 等11也通过金刚烷基卟啉,采用叶酸修饰的 -环糊精键连GO 载体,合成了纳米超分子组装复合物。小鼠体内生物分布研究表示清楚,聚乙二醇纳米石墨烯氧化物积累在网状内皮系统中,包括静脉注射后
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