介孔二氧化硅纳米粒子在生物吸附、酶固定、传递载体方面的应用(4)

2019-04-16 21:47

剂量率是十分高的0.17g kg-1对于鼠群和1.2g kg-1对于小鼠,并且MSN纳米颗粒是没有官能化的。MSNs的剂量在40mg kg-1进入到尾基,PEI涂层的MSNs在小鼠内没有明显的毒性影响。在体内和体外的测试的不同是因为出现在身体中的细胞类型不同。而测试的这一类细胞,身体有一些防御机制,能够对抗异物的进入。二氧化硅颗粒的生物相容性已经展示了在小鼠中有使用荧光标记的二氧化硅颗粒。在一次证明,剂量率保持在较低水平20mg kg-1且这些颗粒从体内被清除通过肾脏系统。

虽然有许多的研究对于MSNs在体内的行为,但是没有研究展示MSNs在不同器官中能够消除和分散。最近Souris等人,显示了MSNs的肝胆排泄。他们使用具有不通电荷密度的带正电的MSNs做研究。使用在体内和体外荧光成像和电感耦合等离子体质谱法。他们解释了来自肝的MSNs的清除行为。他们准备了两个不同类型的带正电荷的MSNs,MSN-NH2-ICG(吲哚菁绿)具有ζ电位为+34.4mV,在生理学的PH值为7.4和 MSN-TA-ICG 具有ζ电位为17.6mV。这个结果显示了, MSN-NH2-ICG 能够迅速吸收和消除通过肝而MSN-TA-ICG 具有高的吸收并保留在肝上。值得注意的是,电荷的类型和密度能够被使用作为一个技术,去控制在体内的停留时间。 4.刺激反应MSNs的吸附、控制和靶传递

传统的传递系统是基于聚合物和其他类型的无机材料不具有刺激的反应。特别是高分子(聚合物)体系,总有危险在到达作用部位之前就是过早释放载物分子。许多刺激反应体系试图去克服被建立系统的缺点,使用MSNs作为载体为目标细胞。这些系统主要是通过化学触发值活性化了,例如PH值、酶、功能组别、温度或者光子去达到理想的控制以及在所需部位预测生物分子的释放(表1)。

4.1 PH值反应系统

PH值是最广泛使用的生物控制物去触发药物的释放,因为PH值在人体和生物细胞中是众所周知的,并且在PH值基础上很容易去锁定一个特定的器官。在过去的几年里,许多以MSNs为基础的PH值反应系统已经被研发去释放各种类型的分子,如药物、染料及其他化学基团。

Kim和他的同事研究了,环糊精和PEI混合使用去实现在酸性环境中的释放。客体分子被第一次加载进入毛孔,然后环糊精(CD)/PEI包合物附着在MSNs表面。由于笨重的这些化合物货物被保护,直到聚合物准轮烷破裂。在酸性条件下,这个CD复合物能够被打破,从而释放货物。Zink和他的同事最近报道了,一个有前途的PH值操作,机械化,纳米颗粒为基础的系统在酸性环境下,准确的控制释放到溶解酶和细胞中。他们修饰了氨基官能化的MSNs,用南瓜形状的葫芦形成一个PH值依靠与二氧化硅的复合。在较低的PH水平下,开关像机械颗粒一样打开且释放碘化丙啶(PI),这个开关在较高的PH水平下关闭。 另一个例子是,Zink和她的同事展示了一个类似于释放行动的类别可以被实现,使用环糊精衍生物作为PH反应的连接(图4)。以维生素B2的传递为基础的PH值也被实现,使用氨基官能化纳米门。许多努力致力于以PH值为基础

的系统,该系统是在酸性条件下释放货物,这是因为PH值为弱酸性条件下,适用在溶解酶和癌细胞内。然而,这些系统也没有能够被使用,为常规药物传输,中性PH值也是同等重要的对于药物传输进入小肠。有极少数的例子显示在中性PH值条件下释放。Kawi和他的同事使聚丙烯酸涂层在MSNs上,在生理PH值得条件下去实现蛋白质的释放。因此,以MSN为基础的研究缺乏传统目标,例如结肠、小肠和肝。这将是有趣的,去看这些新的纳米颗粒在这些人体器官中的影响。

图4 PH值的设计依赖于以MSNs为基础的系统,通过改变取代基;酸碱反应能被很好的微调并且碘化丙啶

的释放可以被控制

4.2 酶反应系统

Zink和他的同事开发出一种双卡口系统,特别是肝酯酶,在这种酶的增加的情况下,释放货物(图5)。其他的例子,如别丁亲和素控制MSNs作为一种蛋白酶反应和以酶反应系统为基础的乳糖涂层MSNs使得这些系统灵活,因为他可以利用许多酶。此外,Park等人制备了α-淀粉酶和脂肪酶反应MSNs使用b-CD顶盖。

最近,陈等人,制备了温度和酶反应的MSN为基础的支架。这些纳米阀门可以同时应对外界刺激,温度和内部刺激,例如脱氧核糖核酸酶I,这种酶使得他们成为理想化对于细胞的传递。抗癌药物例如喜树碱和氟尿苷被成功的加载并释放用上面提到的触发器。上述的例子表明这些系统对于药物和基因传递的能力。迄今只有几个以MSNs为基础的酶反应的例子。此外,也米有报道过这些系统在体内或体外的性能。

图5 以MSNs为基础的酶反应单元顶系统

4.3 化学触发反应系统

林和他的同事报道了许多系统,以MSNs的MCM-41类别为基础的生物分子的零过早释放。他们工作的一个经典的例子是MSNs用CdS纳米颗粒覆盖,去实现在酰胺上的释放。他们发现,CdS纳米颗粒涂层充当了一个生物分子释放的守门员。一种万古霉抗生素被成功的加载和释放,依靠二硫键的裂解程度。最近,他们报道了一种磁性纳米颗粒涂层MSNs(纳米棒)系统,用零过早释放。他们使用超顺磁性氧化铁纳米粒子代替CdS纳米颗粒做为涂层材料显示了,释放是减少的通过过氧化剂。

最近的一个例子,一个刺激反应的介孔二氧化硅为基础的传递系统是葡萄糖

反应传递的胰岛素。正如在图7中所显示的,葡萄糖改性胰岛素蛋白(G-ins)被固定到胺丙基官能化介孔二氧化硅的外表面。

糖类,例如葡萄糖,能够触发蛋白质的释放,他可以释放环磷酸腺苷(AMP)在细胞中。然后cAMP激活钙离子在胰腺的β细胞中,因此释放胰岛素。结果表明,胰岛素在体内和体外的释放都是良好的。这个系统也有潜力可以被用于糖尿病患者,遭受相关的胰岛素释放细胞问题。

图6 以介孔二氧化硅纳米棒为基础的控制超顺磁性铁氧体纳米粒子的刺激响应传输系统(磁性MSNs)

4.4 热反应系统

温度敏感的聚合物用于许多药物的传递系统,这是由于他们的独特性能如超过一定的温度他们就具有膨胀的能力以及低于一定温度就会收缩。这些系统能够被使用于生物体系去实现必要的刺激反应。聚氮-异聚丙烯酰胺(PNIPAm)(能够用于生物分子的传递)是众所周知的对于温度反应特性和涂层的双键功能化二氧化硅微球通过自由基共聚。最近,Chung等人制备了相似的复合颗粒,使用芳香官能团移植到MSN表面,其次通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)。更

重要的是,他们发现在PNIAm中温度反应的构象变化导致了二氧化硅结构的改变。这个策略可以被使用去制备以MSN为基础的刺激响应的纳米阀门,药物能够被加载进入多孔结构并在一定温度下释放。使用新型的W/O皮克林乳液为基础的技术以及固体硅胶作为稳定剂,张等人制备了温度响应混合胶囊,这种胶囊是由PNIPAm和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成。布洛芬释放复合颗粒是通过聚合物的温度和厚度控制的。一个有趣的系统是最近设计的,用介孔二氧化硅网络和假旋转烷去包含锌-氧化铁纳米粒子。在交流磁场内(热能)打开分子的大门去传递药物。

图7基于MSN的胰岛素传输的葡萄糖反应


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