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砒霜磁性纳米脂质体对人宫颈癌HeLa细胞作用的研究
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【中医学本科毕业论文】【摘要】 目的 探索砒霜磁性纳米脂质体对HeLa细胞的作用。方法 制备Mn 0.5 Zn0.5 Fe 2 O 4 纳米磁性材料和砒霜磁性纳米脂质体,用TEM、EDS等进行表征及特性检测。分三组对HeLa细胞进行干预实验:砒霜磁性纳米脂质体治疗组、砒霜治疗组、对照组。结果 对照组HeLa细胞生长良好,砒霜治疗组较多细胞死亡,砒霜磁性脂质纳米脂质体治疗组HeLa细胞全部死亡。结论 在同样治疗剂量的As 2 O 3 作用下,砒霜磁性纳米脂质体对HeLa细胞的杀伤作用极佳,且作用时间短,治疗效果明显优于砒霜治疗组。 关键词 Mn 1-x Zn x Fe 2 O 4 砒霜 磁性纳米脂质体 As 2 O 3 HeLa细胞 Effects of Nano-magnetoliposomes containing arsenic trioxide on HeLa Cells 【Abstract】 Objective To explore the inhibition effect of the nano-magnetoliposomes to HeLa cells(human cervical cancer cell line).Methods Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 were prepared by the technique of chemical co-precipitation;Its characteristics were observed with TEM.Nano-magnetoliposomes were obtained by the combined methods of film,freezing-melting and ultrasonic.Their characteristics were measured with TEM and EDS respectively.Results In vitro antitumor effects of Nano-magnetic-microsphere containing As 2 O 3 group and As 2 O 3 group on HeLa cells were observed and compared.Conclusion The nano-magnetoliposomes containing As 2 O 3 had stronger cytotoxity to HeLa cells in vitro comparing with As 2 O 3 . Key words Mn 1-x Zn x Fe 2 O 4 As 2 O 3 nano-magnetoliposomes containing As 2 O 3 HeLa cells 砒霜是矿物类中药,别名信石、砒石等,其主要功效是外用蚀疮去腐,内服祛痰平喘,主要成分是三氧化二砷(As 2 O 3 )。近年来As 2 O 3 及砷制剂对肿瘤的治疗已取得了可靠的进展,特别是对白血病的治疗为人们所关注,并引起国内外同行对砷的重新认识。目前,对一些实体癌细胞均有体外实验证明砷对它们的生长抑制作用 [1~3] 。我们在对人宫颈癌HeLa细胞、SiHa细胞、永生化的人宫颈上皮(HCE16/3系)细胞、人结肠癌LoVo细胞的体外实验也同样显示了砒霜的诱导凋亡作用 [4~5] 。但由于剂型的特点,As 2 O 3 注射液并不适宜对实体癌的治疗。为此,我们开展了靶向给药系统———砒霜磁性纳米脂质体的研制,并用其对体外培养的HeLa细胞进行干预研究。 1 材料与方法 1.1 磁性纳米粒子(锰锌铁氧体,Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 )的制备 按Mn 0.5 Zn0.5 Fe 2 O 4 中锌、锰、铁的化学计量比分别称量ZnSO 4 ·7H 2 O、MnSO 4 ·H 2 O和FeSO 4 ·7H 2 O,混合后加适量蒸馏水调成糊状,在搅拌状态下加入NaOH溶液,充分反应12h,置80℃烤箱干燥后置马弗炉内400℃焙烧1h,通过固相反应生成Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 纳米粒子 [7]。 1.2 砒霜磁性纳米脂质体的制备 采用改良薄膜法制备 [8] 。试剂:卵磷脂:生化试剂,中国医药(集团)上海化学试剂公司;胆固醇:生化试剂,北京奥博星生物技术责任有限公司;氯仿:分析纯,中国宝应化学试剂厂;无水乙醚:分析纯,南京化学试剂一厂;三氧化二砷(As 2 O 3 ):Sigma公司;甘油:分析纯,江苏省南通市红卫试剂厂;明胶:AMRESCO进口分装。 1.3 透射电镜和能谱表征 取制备的Mn 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 磁性纳米粒子适量,用无水乙醇悬浮,滴在有膜铜网上;取制备的砒霜磁性纳米脂质体液体,适量稀释,滴在有膜铜网上;分别用H-600透射电镜观察。并在JEM-2010透射电镜下,用能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)对砒霜磁性纳米脂质体进行成分分析。 1.4 HeLa细胞培养和药物干预实验 将HeLa细胞常规培养在内含10%小牛血清的RPMI1640(GIBCO)培养液中,在37℃、饱和湿度、5%CO 2 的培养箱中培养,每3天传代一次。选择对数生长期的HeLa细胞传代接种于培养瓶,每瓶(25cm 2 )接种1.5×10 5 细胞,24h后分三组进行实验:砒霜磁性纳米脂质体治疗组(2μM As 2 O 3 )、砒霜治疗组(2μM As 2 O 3)、空白对照组(0μM As 2 O 3 )。用相差显微镜(Nikon)观察HeLa细胞生长情况,并拍照记录各组的细胞形态变化。 2 结果 2.1 电镜表征 锰锌铁氧体纳米粒子中等电子密度,圆形或椭圆形,大小均匀,平均直径50nm(图1)。所得砒霜磁性纳米脂质体制剂为黄褐色乳状液体,滴于铜网后观察,砒霜磁性纳米脂质体约100~180nm大小,类圆形,外有脂质膜,中有一实心磁性材料核心,分散性好(图2、3)。电子探针成分分析:可见锰、锌、铁、砷各峰(铜峰系铜网所致)。其中 锰15.61、锌21.27、铁62.87、砷0.26(表1)。 2.2 HeLa细胞干预实验 对照组(48h),HeLa细胞生长良好(图4),砒霜治疗组(As 2O 3 2μM)干预HeLa细胞48h,较多细胞死亡(图5)。砒霜磁性纳米脂质体治疗组(As 2 O3 2μM)干预HeLa细胞24h,HeLa细胞全部死亡(图6)。 图1 锰锌铁氧体纳米粒子,圆形或椭圆形,平均直径50nm(略) 图2、3 砒霜磁性纳米脂质体,直径80~100nm,因圆形,外有脂质膜,中有电子致密的磁性材料核心。图2以单室型为主,图3为多室型(略) 表1 砒霜磁性纳米脂质体电镜下能谱成分分析谱图(略) 图4 对照组HeLa细胞生长48h 的情况,细胞生长良好。×100(略) 图5 砒霜(As 2 O 3 2μM)处理Hela 细胞48h,较多细胞死亡。×100(略) 图6 砒霜磁性纳米脂质体治疗组(As 2 O 3 2μM) 干预Hela细胞24h,细胞全部死亡。×100 (略) 3 讨论 脂质体(liposome)亦称类脂小球、液晶微囊,是一种类似微球的新剂型。脂质体是将药物包封于类脂质双分子,包封的药物通过渗透或脂质体被肿瘤细胞吞噬后,载体被酶类分解而释放药物,从而发挥作用。脂质体的膜材主要由磷脂及附加剂组成 [6] ,常用的磷脂有卵磷脂、豆磷脂等天然磷脂或二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)等合成磷脂。附加剂常用胆固醇、十八胺、磷脂酸和Vit E等。胆固醇可调节双分子层流动性,十八胺、磷脂酸可改变脂质体表面电荷、Vit E能对抗磷脂的氧化作用。其中,磷脂和胆固醇皆为两性物质,具有亲水和亲油两种基团,在PBS缓冲液中均能自发形成脂质双 分子层,当PBS中加入水溶性药物时,它们便被脂质双分子层包裹起 来,形成载药脂质体。磷脂与胆固醇是形成脂质体双分子层的基础物质,由它们所形成的“人工生物膜”可与细胞膜相互吸附和融合,并可使药物释放于细胞浆内。 磁性药物微载体是近年来发展起来的一种重要的靶向新型制剂 [7] ,它是通过在微球和脂质体中掺入磁性物质(磁载体)制成磁性微球和磁性脂质体,其在体外磁场引导下可携带药物选择性地到达肿瘤靶区,实现靶向给药,并可使磁性药物微载体在肿瘤区较长时间滞留定位。磁载体占药物磁性微载体总重量的20%~50%,是反映微球中磁响应性的一个重要参数,笔者制备的磁载体锰、锌、铁的质量百分比占微球总量的99.74%,磁响应性极好。 磁性脂质体一般由磁性材料、脂质体及抗癌药物等组成 [6] 。目前,磁性脂质体多采用Fe 3 O 4 为磁性载体,其制备可采用化学共沉淀法、溶胶凝胶法等,制备产物粒径最小可达10nm以下,在溶液中分散性好且呈稳定的胶体状态。最近,随着磁流体研究的深入,一些新的磁性载体也开始得到人们的重视,例如某些金属磁性微粒(Fe、Co、Ni及其合金微粉等)和某些非金属微粉(BaFe 12 O 19 、Mn 1-x Zn x Fe 2 O 4 、Ni 1-x Zn xFe 2 O 4 )等,不论采用何种磁性材料作为载体,为保证磁性脂质体使用的安全性、有效性和靶向性,这些载体应具备以下条件:(1)粒径应在10~20nm间,最大粒径不超过100nm,以便其具有良好的分散性和稳定性。(2)具有较强的磁响应性,从而使磁性脂质体发挥较强的物理靶向。(3)具有最大的生物相容性和最小的抗原性。(4)毒副作用小,本身无毒,可降解且降解产物无毒,并能在一定时间内排出体外。刘胜武等 [8] 曾用MTT法测定软磁铁氧体等一些牙科材料对小鼠L929细胞的毒性,细胞增殖率为100.86%,他们同时还应用细胞图像分析仪检测法测得其细胞密度相对比(与对照组)为106.39%。毒性均为0级。研究结果说明软磁锰锌铁氧体没有明显细胞毒性,因此可作为一种组织内磁性药物微载体来治疗肿瘤。 近来研究表明中药砒霜不但对白血病临床疗效显著,而且对实体瘤细胞亦有诱导凋亡的作用,因此可能是一种极有潜力的广谱抗癌药。石玉枝等 [9] 研究发现:按5mg/kg和10mg/kg剂量将As 2 O 3 腹腔注射到荷人肺腺癌的裸鼠移植瘤模型中,每天注射一次,共治疗7d,其抑瘤率分别为27.7%和34.1%,且电镜下均可见细胞核染色质边移、核固缩等典型细胞凋亡的形态学特征。黄守国等 [10] 按0.8mg/kg、1.2mg/kg和2.4mg/kg剂量将As 2 O 3 注射到荷人卵巢癌的裸鼠腹腔中,连续注射14d,然后间隔14d,后再连续注射14d,结果发现:各浓度组的抑瘤率分别为46.49%、61.34%和78.33%,治疗效果明显优于顺铂组(23.60%)。而我们在实验过程中,为进一步提高疗效,减少药量,降低副作用,将As 2 O 3 制成砒霜磁性纳米脂质体对HeLa细胞进行干预实验,结果显示:2μM治疗剂量As 2 O 3 的砒霜磁性纳米脂质体对HeLa细胞的杀伤作用极佳,且作用时间短,治疗效果明显优于砒霜治疗组。其原因可能与砒霜磁性纳米脂质体易受到肿瘤细胞的吞噬及与肿瘤细胞间的相互吸附和融合作用,As 2 O 3 可以更多的进入细胞内而发挥其原浆毒作用。另外,脂质体具有药物缓释作用,可以将As 2 O 3 缓慢释放出来,这样就可以使肿瘤细胞内部药物的有效治疗浓度维持在较长时间内,从而增加了As 2 O 3 的抗肿瘤效果。 参考文献 1 樊祥山,张东生.三氧化二砷诱导恶性肿瘤细胞凋亡的研究进展.东南大学学报(医学版),2003,22(3):199-202. 2 Woo SH,Park TC,Park MJ,et al.Arsenic trioxide induces apotosis through areactive oxygen species-dependent pathway and loss of mitoˉchondrial membrane potential in HeLa cells.Int J Oncol,2002,21(1):57-63. 3 Shen ZY,Shen J,Cai WJ,et al.The alteration of mitochondria is an earˉly event of arsenic trioxide induced apoptosis in esophageal carcinoma cells.Int JMol Med,2000,5(2):155-1582. 4 Zheng J,Deng YP,Lin C,et al.Arsenic trioxide induces apoptosis of HPV16DNA immortalized human cervical epithelial cells and selectiveˉly inhibits virals gene expression.Int J Cancer,1999,82(2):286-292. 5 魏小莹,郑杰,张东生.三氧化二砷诱导人结肠癌LoVo细胞凋亡 的细胞生物学研究.临床与实验病理学杂志,2001,(6):508-509. 6 樊祥山.磁性脂质体在肿瘤学治疗领域中的新进展.国外医学·肿瘤学分册,2003,30(2):147-149. 7 贾秀鹏.磁流体在肿瘤治疗中的应用.国外医学·肿瘤学分册,2002,29(3):187-190. 8 刘胜武,施斌,王革.细胞图像分析仪法与MTT法用于牙科材料细胞毒性的检测.中华口腔医学杂志,1999,34(2):82. 9 石玉枝,刘静蕾,霍建民,等.三氧化二砷对人肺腺癌裸鼠模型抗肿瘤作用的研究.中华结核和呼吸杂志,2002,25(1):52-53. 10 黄守国,孔北华,江森.三氧化二砷抑制人卵巢癌裸鼠皮下移植瘤模型生长机制的研究.中国现代医学杂志,2002,12(9):30-32.
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