金纳米球-氧化石墨烯纳米药物载体的制备及抗癌性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230402

摘要/Abstract

摘要：

采用化学还原法制备了氧化石墨烯-金纳米球（GO-AuNP），利用透射电子显微镜（TEM）、紫外-分光光度计（UV-Vis）和激光粒度仪等对GO-AuNP进行了表征，并利用红外热成像仪对其光热性能进行了研究。将GO-AuNP负载抗癌药物盐酸阿霉素（DOX）制备成纳米药物复合物（GO-AuNP@DOX），并通过荧光分光光度计对DOX的负载和释放进行了检测；结果显示，GO-AuNP@DOX中DOX的释放在弱酸性环境下更优，并且在808 nm激光照射条件下pH=5.3时释放量可以达到30.51%。采用共聚焦显微镜分析了癌细胞对GO-AuNP@DOX的摄取能力；采用CCK-8细胞毒性实验分析了GO-AuNP@DOX的体外杀伤肿瘤细胞能力，细胞毒性实验证明GO-AuNP载体具备良好的生物相容性，体内抗肿瘤实验结果表明，荷瘤小鼠在化疗-光热协同作用可以很好地抑制肿瘤生长。结果表明，GO-AuNP纳米药物载体具有光热转换能力优异、生物相容性优良的优点，其pH/近红外光谱（NIR）双重药物控释性能使药物载体在化疗-光热协同治疗肿瘤方面具有潜在的应用价值。

关键词: 金纳米球, 氧化石墨烯, 药物载体, 抗癌

Abstract:

The present study employed a chemical reduction method to synthesize gold nanoparticles （AuNPs） decorated on graphene oxide （GO） nanomaterials. The produced GO-AuNPs were characterized using advanced analytical techniques such as transmission electron microscopy， UV-visible spectrophotometry， and laser particle size analysis. Furthermore， the photothermal properties of GO-AuNPs were investigated using an infrared thermal imaging camera. Subsequently， the GO-AuNPs were utilized for the loading of an anti-cancer drug， doxorubicin hydrochloride （DOX）， to yield a nanodrug complex （GO-AuNP@DOX）. The loading and release of DOX were determined by fluorescence spectrophotometry， revealing that the DOX release was more favorable under weak acidic conditions. Moreover， it was observed that at pH=5.3， the release amount of DOX reached up to 30.51% under the irradiation of 808 nm laser. The cellular uptake ability of GO-AuNP@DOX by cancer cells was analyzed using confocal microscopy. The in vitro cytotoxicity of GO-AuNP@DOX against tumor cells was evaluated using a CCK-8 cell viability assay， demonstrating the excellent biocompatibility of the GO-AuNP carrier. Additionally， in vivo anti-tumor experiments conducted on tumor-bearing mice revealed that the combination of chemotherapy and photothermal therapy effectively suppressed tumor growth. These results indicate that the GO-AuNP nanodrug carrier possesses outstanding photothermal conversion ability and exceptional biocompatibility， while their pH/NIR dual drug release performance makes it a promising candidate for synergistic chemo-photothermal therapy of tumors.

Key words: Gold nanospheres, Graphene oxide, Drug carrier, Anti-cancer

中图分类号:

O655

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图/表 13

图1 GO-AuNP纳米药物载体合成的及负载药物和药物释放的示意图

Fig.1 Diagram of GO-AuNP nanocarrier synthesis and drug loading and drug release

图2 GO（a）、AuNP（b）和GO-AuNP（c）的UV-Vis谱图ρ（GO）=ρ（AuNP）=ρ（GO-AuNP）=5 mg/mL

Fig.2 UV-Vis absorption spectra of GO （a）， AuNP （b） and GO-AuNP （c）

图3 GO和GO-AuNP的Zeta电位（A）和水合粒径（B）

Fig.3 Zeta potentials （A） and size distributions （B） of GO and GO-AuNP

图4 GO-AuNP的TEM图像

Fig.4 Transmission electron microscope （TEM） images of GO-AuNP

图5 GO-AuNP不同组分在NIR照射下（2.0 W/cm2）的温度变化曲线（A）和相应的红外热图像（B）；不同质量浓度GO-AuNP在NIR照射（2.0 W/cm2）下的温度变化图（C）； GO-AuNP在不同功率NIR照射下的温度变化图（D）； GO-AuNP温度周期变化图（E）

Fig. 5 Temperature change curves （A） and corresponding infrared thermal images （B） of different components of GO-AuNP under NIR irradiation（2.0 W/cm2）； Temperature variation graph of GO-AuNP at different concentrations under NIR irradiation（2.0 W/cm2）（C）； Temperature variation graph of GO-AuNP under different power NIR irradiation （D）； Temperature cycle variation graph of GO-AuNP （E）

图6 （A） GO-AuNP对DOX的载药动力学曲线； Lagergren's伪一级（B）和Ho's 伪二级（C）动力学模型的线性拟合图

Fig.6 （A） The adsorption kinetic curves of GO-AuNP on DOX； Linear fitting graphs of the dynamic model for Lagergren's pseudo-first-order （B） and Ho's pseudo-second-order （C）

表1 GO?AuNP对DOX的载药动力学相关参数

Table 1 Parameters related to the drug delivery kinetics of GO?AuNP to DOX

Lagergern's pseudo?first?order kinetic model			Ho's pseudo?second?order kinetic model
q_e/（mg·g^-1）	K₁/h^-1	R²	q_e/（mg·g^-1）	K₂/（g·mg^-1·min^-1）	R²
24.64	0.027 75	0.987 6	41.07	0.001 700	0.999 7

图7 （A） GO-AuNP对DOX的等温吸附图； Langmuir单分子层（B）和Freundlich多分子层（C）吸附模型的线性拟合图

Fig.7 The isothermal adsorption curve of GO-AuNP on DOX （A）； Linear fitting graphs with the Langmuir adsorption isotherm model （B） and Freundlich adsorption isotherm model （C）

表2 GO?AuNP对DOX的等温吸附相关参数

Table 2 Parameters related to the drug isothermal adsorption of GO?AuNP to DOX

Langmuir isotherm model			Freundlich isotherm model
q_m/（mg·g^-1）	K_L/（mg·mL^-1）	R²	n	K_f/（mL·g^-1）	R²
458.8	0.042 80	0.887 0	515.5	1.011	0.995 1

图8 （A） GO-AuNP@DOX在pH=5.3和7.4下的DOX累积释放量；（B） pH=5.3时GO-AuNP@DOX在存在和不存在NIR照射下的DOX累积释放量

Fig.8 （A） Cumulative release of DOX from GO-AuNP@DOX at pH=5.3 and 7.4；（B） Cumulative release of DOX from GO-AuNP@DOX with and without NIR irradiation at pH=5.3

图9 GO-AuNP@DOX与MCF-7细胞（A）和HeLa细胞（B）分别共培养0.5、1.5和4 h后细胞荧光图

Fig.9 Cell fluorescence diagrams of GO-AuNP@DOX after respectively co-culture with MCF-7 cells （A） and HeLa cells （B） for 0.5， 1.5 and 4 h

图10 GO-AuNP@DOX对MCF-7细胞（A）和HeLa细胞（B）的体外细胞毒性试验（n=3）

Fig.10 In vitro cytotoxicity assay of GO-AuNP@DOX on MCF-7 cells （A） and HeLa cells （B）（n=3）

图11 （A） NIR（808 nm， 2.0 W/cm2）照射下0~5 min，PBS组和GO-AuNP@DOX组处理的荷瘤小鼠肿瘤部位的热成像图；（B）不同处理条件下，小鼠的肿瘤组织图

Fig.11 （a） Thermal imaging of tumor sites treated with PBS and GO-AuNP@DOX under NIR irradiation （808 nm， 2.0 W/cm2） for 0~5 min；（B） Tumor tissue images of mice under different treatment conditions

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