多聚糖納米微粒吸附、殺菌和抗腫瘤活性及其機(jī)理研究.pdf

1、多聚糖是一類數(shù)量巨大的的海洋資源。由于其良好的生物相容性、可降解性、無毒以及獨(dú)特的理化性質(zhì)和生理活性，本世紀(jì)60年代在世界范圍內(nèi)掀起了研究熱潮，在醫(yī)藥、生物、化工、輕工和農(nóng)業(yè)等各方面都展示了巨大的應(yīng)用潛力。其相關(guān)的理論研究和應(yīng)用探索將會(huì)對(duì)糖生物學(xué)、糖工程以及海洋藥物的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生深刻的影響。隨著納米技術(shù)的興起，多聚糖納米微粒在飼料添加劑、藥物控釋、靶向制劑與基因轉(zhuǎn)導(dǎo)等醫(yī)藥方面的研究將會(huì)為海洋糖工程創(chuàng)新藥物的開發(fā)提供新的思路。

2、 本文首先從糖生物學(xué)、糖工程以及海洋藥物學(xué)發(fā)展的角度闡述了多聚糖這一研究領(lǐng)域的重要意義。然后對(duì)多聚糖化學(xué)、化學(xué)改性及其納米微粒的生物活性方面進(jìn)行了一些研究。本文從構(gòu)建多聚糖納米微粒(CNP、CNP-Cu)著手，研究了其吸附、殺菌與抗腫瘤等生物學(xué)功能。主要內(nèi)容如下： 1.CNP、CNP-Cu的表征。通過透視電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、粒徑電位分析(Zetasizer)、紅外光譜(FTIR)、X射線衍

3、射(XRD)等對(duì)CNP、CNP-Cu進(jìn)行了詳細(xì)的表征。形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)：CNP、CNP-Cu在不同物理狀態(tài)下呈現(xiàn)不同的表面形態(tài)與粒子排列形式。粒徑電位分析顯示：CNP、CNP-Cu具有平均粒徑小(CNP：30～100nm，CNP-Cu：200～260nm)、粒徑分布均勻和表面電荷高(30～110mV)的特征。FTIR與XRD研究表明：CNP-Cu在CNP結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上螯合了二價(jià)銅離子基團(tuán)，二者均形成了聚合體交聯(lián)的密集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 2.CN

4、P的吸附活性。通過擬合吸附動(dòng)力學(xué)曲線與吸附等溫線研究了CNP對(duì)鉛離子的吸附性能。并探討了反應(yīng)時(shí)間、溶液pH值、鉛離子初始濃度對(duì)吸附性能的影響與吸附機(jī)理。結(jié)果表明：CNP能夠有效吸附鉛離子，具有Langmuir吸附特征；當(dāng)溶液pH值為5～6時(shí)，吸附效果最好，最高吸附量達(dá)398mg/g。CNP主要通過離子交換吸附與表面絡(luò)合吸附方式吸附鉛離子。CNP由于其優(yōu)異的吸附性能，在作為重金屬螯合劑應(yīng)用于水質(zhì)凈化方面具有廣闊的前景。 3.CNP

5、、CNP-Cu的殺菌活性。通過活菌計(jì)數(shù)法和光密度法考察了CNP、CNP-Cu對(duì)E.coli、S.choleraesuis，S.typhimurium，和S.aureus等病原菌的殺菌活性與對(duì)Lactobacillus，Bifidobacteria等有益菌的影響。結(jié)果表明CNP、CNP-Cu均能夠有效抑制大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等有害菌的生長，最小殺菌濃度達(dá)到1/32μg/ml，與多聚糖相比，其抗菌活性均有顯著的提高。原子力顯微

6、鏡觀察結(jié)果揭示了CNP、CNP-Cu的殺菌機(jī)理：納米粒子通過靜電作用吸附到細(xì)菌細(xì)胞壁表面，破壞細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)菌細(xì)胞膜通透性；納米粒子使細(xì)菌細(xì)胞膜破裂，穿透細(xì)菌細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)，破壞細(xì)菌體內(nèi)代謝酶并使細(xì)菌內(nèi)容物外漏，進(jìn)而殺死細(xì)菌。CNP、CNP-Cu對(duì)乳酸菌與雙岐桿菌等有益菌的生長沒有抑制作用，表明了CNP、CNP-Cu的選擇性殺菌作用。CNP、CNP-Cu具有較高的抗菌活性與良好的生物相容性，將作為新型抗菌材料、抗生素替

7、代品廣泛應(yīng)用于飼料添加劑與醫(yī)藥領(lǐng)域。 4.CNP、CNP-Cu的抗腫瘤活性。本文率先根據(jù)癌細(xì)胞和正常細(xì)胞生物膜結(jié)構(gòu)與功能的差異，構(gòu)建靶向作用癌細(xì)胞膜的CNP、CNP-Cu，通過體外細(xì)胞培養(yǎng)與動(dòng)物試驗(yàn)研究其抗腫瘤活性及作用機(jī)理，并評(píng)定其生物相容性與安全性，從而為臨床試驗(yàn)提供理論依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：CNP、CNP-Cu能夠有效殺滅體外培養(yǎng)胃癌、肝癌、結(jié)腸癌等多種癌細(xì)胞，半數(shù)抑制濃度最低可達(dá)5.3μg/mL。電鏡觀察顯示CNP、CNP

8、-Cu靶向性作用癌細(xì)胞膜，破壞癌細(xì)胞膜與亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使癌細(xì)胞呈現(xiàn)典型的壞死細(xì)胞形態(tài)。DNA凝膠電泳發(fā)現(xiàn)壞死相關(guān)DNA降解片段的形成。流式細(xì)胞儀檢測(cè)表明CNP、CNP-Cu能夠顯著降低癌細(xì)胞線粒體膜電位，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。表面電荷分析顯示CNP、CNP-Cu能夠中和癌細(xì)胞表面負(fù)電荷。病理切片光鏡、電鏡觀察表明，CNP給藥后，均能夠使胃癌、肝癌移植瘤模型裸鼠體內(nèi)腫瘤組織發(fā)生壞死性病理變化，而對(duì)裸鼠的生長無不良影響，并能改善肝組織形態(tài)。此外，CN