碳纳米管作为载体在生物医学中的研究进展

7、CNTs作为蛋白质载体

Zhao等研究比较了3种不同直径MWCNTs吸附牛血清蛋白的特征，发现直径小于10 nm的MWCNTs相比直径为10~20 nm和20~40 nm的能吸附更多牛血清蛋白。周霜发现：CNTs可与肌红蛋白发生较强的作用，通过改变肌红蛋白的二级结构，使其主肽链发生去折叠或者重排；血液中的蛋白质也可通过非共价相互作用与CNTs结合形成蛋白质冠，从而影响CNTs和血液的生物相容性。Lu等研究了3种长度为1~3 μm，直径为1~2 nm，含不同官能团的CNTs对人血清白蛋白的吸附作用，发现羧基化SWCNTs对人血清白蛋白的吸附率远高于羟基化SWCNTs和氨基化SWCNTs对人血清白蛋白的吸附率。随后，Lu等又比较了人免疫球蛋白G、人血清白蛋白和纤维蛋白原与长度为1~3 μm，直径为1~2 nm的SWCNTs的结合能力，结果发现纤维蛋白原与SWCNTs的吸附量最高，且仅用人免疫球蛋白G与SWCNTs结合就会刺激中性粒细胞中髓过氧化物酶的释放。Nicoletti等研究表明：羧基或氨基功能化的MWCNTs可以与免疫球蛋白等高丰度蛋白以及载脂蛋白、补体成分等低丰度蛋白形成蛋白冠；经聚乙二醇功能化的MWCNTs也可与人血浆蛋白形成蛋白冠。以上研究均表明，CNTs可与蛋白质发生作用。

8、CNTs作为基因载体

基因传递到细胞的方法可分为两种：病毒基因载体和非病毒基因载体。病毒基因载体是病毒携带基因进入细胞，此法可高效递送基因，使基因高水平表达，但是会造成机体产生炎症反应和免疫原性；非病毒基因载体是通过物理和化学方法使目的基因进入细胞。Nahle等将NR8383大鼠肺泡巨噬细胞作为体外模型研究后发现：经氨基或羧基功能化的MWCNTs可改变哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，从而增加Lamtor（晚期溶酶体和核内体接头蛋白）编码基因的表达；此外，氨基功能化的MWCNTs可激活转录因子EB并诱导自噬，羧基功能化的MWCNTs可改变真核翻译起始因子4和磷酸蛋白70核糖体蛋白S6激酶信号通路，并上调Toll样受体2基因的表达。Edwards等研究发现，经聚酰胺-胺型树枝状功能化的CNTs能有效传递双链核糖核酸（double stranded RNA，dsRNA）、聚酰胺-胺型树枝状-CNTs-dsRNA复合物，使其快速进入靶细胞，并诱导产生比单独使用dsRNA更强的效果。Munk等将羧基化MWCNTs与质粒DNA以5:1（质量比）的比例混合，涡动孵育形成羧基化MWCNTs-质粒DNA复合物，然后将含绿色荧光蛋白基因的质粒DNA导入成纤维细胞，利用流式细胞仪、荧光成像和real-time PCR分析，证明羧基化MWCNTs可将质粒DNA传递到牛原代成纤维细胞。开放阅读框149（open reading frame149，ORF149）基因是编码锦鲤疱疹病毒（koi herpes virus，KHV）的主要免疫原性蛋白之一。Hu等构建了重组质粒pcDNA-ORF149，制备了SWCNTs-pcDNA-ORF149复合物，用于制作KHV疫苗，结果发现相同剂量下，注射SWCNT-pcDNA-ORF149疫苗的抗体含量远高于只注射pcDNA-ORF149的抗体含量，免疫效果提高了33.9%。SWCNTs-pcDNA-ORF149疫苗不但可诱导锦鲤产生血清抗体，而且还提高了酶活性和免疫相关基因表达水平，并提出肌肉注射10 μg SWCNTs-pcDNA-ORF149对锦鲤抵抗KHV的免疫效果最佳。Munk等将MWCNTs与质粒DNA偶联，形成MWCNTs-质粒DNA复合物，用于体外受精牛胚胎的转染，发现MWCNTs-质粒DNA可穿过透明带，进入胚胎中，且不会改变胚胎中的基因水平表达。以上研究均表明，CNTs可作为载体，提高基因的表达水平。

9、CNTs作为抗癌药物载体

CNTs比表面积高，可以很容易结合各种药物进行药物传递，达到理想的治疗效果。Salas-treviño等设计了一种透明质酸与氧化MWCNTs的复合物作为载体，结合药物卡铂用于体外模型肺癌的治疗，初步研究表明氧化MWCNTs-透明质酸-卡铂复合物具有良好的体外特异性抗癌作用。Jawahar等将纯化的CNTs与聚乙二醇、叶酸溶液一起超声，形成叶酸-聚乙二醇-CNTs的复合物，然后将盐酸雷洛昔芬通过疏水作用与叶酸-聚乙二醇-CNTs结合，结果发现叶酸-聚乙二醇-CNTs有助于提高盐酸雷洛昔芬的载药率，载药率为74.2%±4.67%，因而可提高乳腺癌的治疗疗效，还能作为活性靶向配体靶向癌细胞。Li等制备了一种CNTs（Fe）/羟基磷灰石的复合物，再用壳聚糖和叶酸对所合成的CNTs（Fe）/羟基磷灰石复合物进行化学修饰，制备了一种新型磁性靶向药物载体，发现叶酸-壳聚糖-CNTs（Fe）/羟基磷灰石复合物对多西环素的平均载药率可达130%，并且铁磁性可以使载体在磁场下传递药物，从而实现药物的靶向作用。Jagusiak等制备了SWCNTs与刚果红的复合物，然后将多西环素偶联到SWCNTs-刚果红的复合物上，结果发现SWCNTs-刚果红大大增加了多西环素的载药率，与药物结合的高能力可能会降低体内药物载体复合物的排泄率，延长药物在靶位点的作用时间。Tavakolifard等用紫杉醇、叶酸对SWCNTs进行功能化，形成了紫杉醇-叶酸-SWCNTs的复合物，通过傅里叶红外光谱、紫外可见吸收光谱等方法检测都证明叶酸和紫杉醇已成功加载到SWCNTs上。Rathod等通过使用乙二胺和苯基硼酸基团对CNTs表面进行双官能团化，形成了乙二胺-苯基硼酸-CNTs的复合物，然后在功能化后的CNTs上加入紫杉醇，结果发现紫杉醇通过π-π相互作用偶联到CNTs上，且载药率可高达30.85%。Comparetti等也研究发现，CNTs是紫杉醇治疗癌细胞的有效载体，并将抗前列腺特异性膜抗原的抗体和负载紫杉醇的CNTs分别作用于前列腺癌细胞和结肠癌细胞，结果发现抗前列腺特异性膜抗原的抗体可增强CNTs-紫杉醇药物的疗效和对前列腺癌细胞的杀伤作用，但对结肠癌细胞的杀伤效果不明显，展示了该方法的特异性。以上研究均表明，CNTs可作为载体，增加药物的载药率并提高药物疗效。

10、小结和展望

本文综述了CNTs功能化的方法和其穿透细胞的优异能力，及其作为载体在蛋白质、基因和抗癌药物等方面的研究进展。近年来，越来越多的研究团队探索了将生物分子偶联到CNTs的各种方法，在这过程中，如果能更好地通过功能化提高CNTs在溶液中的分散性、稳定性，增强组织相容性，以最大限度地提高其与生物分子的偶联率和活性，这将进一步实现CNTs的有效利用。

首页前一页12后一页尾页