本发明专利技术公开了一种碳纳米材料SWCNT及其衍生物用于抑制肿瘤干细胞(CSC)及制备治疗肿瘤药物中的应用，包括：1)SWCNT及其衍生物能显著抑制CSC的形成；2)SWCNT及其衍生物能显著提高肿瘤微环境内肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，促进化疗药物对其的杀伤；3)SWCNT及其衍生物能显著降低肿瘤组织内的CSC数量、肿瘤血管密度和肿瘤细胞的增殖能力等，并抑制肿瘤的生长；4)SWCNT及其衍生物能显著抑制TGFβ信号通路及下游与相关基因的表达，进而破坏CSC赖以存在的肿瘤微环境。本发明专利技术的材料制备方法简单，成本低，易于操作，且得到的水相SWCNT及其衍生物能特异性靶向肿瘤微环境，抑制CSC细胞群，在肿瘤的治疗中具有广泛的应用前景。
Application of carbon nano material SWCNT and its derivatives for inhibiting tumor stem cells and preparing medicine for treating tumor
The invention discloses a carbon nano material SWCNT and its derivatives for the inhibition of tumor stem cells (CSC) and the preparation of antitumor drugs in therapeutic applications, including: 1) SWCNT and its derivatives can significantly inhibit the formation of CSC; 2) SWCNT and its derivatives can significantly improve the sensitivity of tumor cells in tumor micro environment of chemotherapy. Promotion of chemotherapy drugs killing; 3) SWCNT and its derivatives can significantly reduce the number of CSC in tumor tissue, tumor angiogenesis and tumor cell proliferation, and inhibit tumor growth; 4) the expression of SWCNT and its derivatives can significantly inhibit TGF beta signaling and downstream related genes, which can damage CSC the existence of tumor microenvironment. The material preparation method of the invention is simple, low cost, easy to operate, and the obtained aqueous SWCNT and its derivatives can specifically target the tumor microenvironment, inhibition of CSC cells, and has wide application prospect in the treatment of tumor.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无机纳米材料用于肿瘤治疗，特别涉及一种SWCNT及其衍生物在破坏肿瘤微环境、抑制TGFβ信号通路、抑制肿瘤干细胞、降低肿瘤血管密度与肿瘤细胞增殖能力、增加肿瘤细胞对化疗药物敏感性以及肿瘤治疗中的应用。
技术介绍
肿瘤干细胞(CSC)是肿瘤组织内一群具有干细胞样特征的肿瘤细胞，在肿瘤的发生、发展以及恶性转移中发挥着至关重要的作用。CSC对化疗药物具有高度的耐受性，能够躲避化疗药物的杀伤。目前，临床上常规的肿瘤治疗方法化疗，只能清除普通的肿瘤细胞，却不能有效杀伤肿瘤中的CSC，这是导致肿瘤复发和治疗失败的关键原因。因此，迫切需要设计新的治疗策略来特异性靶向并清除CSC，进而达到最终理想的治疗效果。与传统的化疗药物相比，纳米材料独特的理化性质使其具有更好的生物相容性、溶解性、靶向性、穿过血脑屏障和细胞膜的能力、更强的可塑性以及光热性能等，在靶向与杀伤CSC中具有很好的应用前景。现今，纳米材料常被用于药物载体来靶向治疗CSC，比如靶向CSC标志物(CD44、CD90、CD133等)或者靶向与CSC性能相关的信号通路(TGFβ、Wnt/β-catenin、Notch等)来抑制CSC的自我更新和多向分化。然而，在肿瘤的发展过程中，CSC群体数量并不是一成不变的，在特定肿瘤微环境的影响下，普通的肿瘤细胞能逐渐获得干性去分化成CSC，进而加速肿瘤的恶性进展，使更多的肿瘤细胞获得化疗耐受性，从而逃脱传统化疗对其的杀伤。因此，破坏肿瘤细胞的微环境、抑制普通肿瘤细胞获得干性可能成为更有效的治疗肿瘤的方法。目前，国内外已有实验室开展相关研究，比如Gd@C82(OH)22纳米材料能抑制上皮细胞-间充质细胞转换(EMT)，从而抑制乳腺上皮癌细胞获得CSC特征，有效减少CSC数量并抑制肿瘤生长。研究发现，在多种肿瘤中TGFβ1表达水平异常高，TGFβ1信号通路对肿瘤微环境的形成和肿瘤的发生发展至关重要。已有大量研究表明，TGFβ1是一种强有力的EMT诱发剂，能够促使上皮来源的肿瘤细胞获得CSC特性，并与肿瘤细胞的恶性转变密切相关。骨肉瘤来源于间充质干细胞或骨祖细胞，是一种恶性程度很高的原发性骨肿瘤。在骨肉瘤的发生发展过程中，肿瘤细胞不断侵犯周围的骨基质，同时将骨基质中大量的TGFβ1释放出来，逐步形成骨肉瘤的微环境。最近的研究发现，TGFβ1也能诱导骨肉瘤细胞去分化、使普通的骨肉瘤细胞转变成骨肉瘤干细胞，即CSC细胞，从而加速骨肉瘤的恶性进展。骨肉瘤患者极易发生肺转移，转移后的患者预后极差且存活率低。目前，临床上尚没有靶向药物抑制骨肉瘤的恶性进展。因此，TGFβ1可作为治疗靶点用于骨肉瘤微环境的调控和骨肉瘤干细胞的靶向治疗。单壁碳纳米管(SWCNT)在生物医药领域有着很好的应用前景，比如疾病的诊断与治疗、生物传感器等。在肿瘤治疗中，SWCNT被广泛用作药物载体，用于靶向和药物输送，然而其本身对癌细胞的影响以及在癌症发展中的作用还不是很清楚。在本专利技术中，我们以骨肉瘤为例说明SWCNT及其衍生物能在体外特异性抑制普通肿瘤细胞去分化形成CSC，减少肿瘤组织中CSC的数量和肿瘤微血管密度，进而抑制肿瘤的生长。同时SWCNT及其衍生物能显著抑制TGFβ1信号通路，进而破坏肿瘤微环境，从而达到抑制CSC的形成和治疗肿瘤的目的。目前，国内外还没有其他关于SWCNT及其衍生物本身能特异性靶向抑制CSC和TGFβ1信号通路的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳纳米材料SWCNT及其衍生物用于抑制肿瘤干细胞及制备治疗肿瘤药物中的应用，所要解决的技术问题是合成稳定的水相悬浮的碳纳米材料SWCNT及其衍生物。与传统的癌症治疗药物相比，该材料能抑制CSC的形成，降低肿瘤组织中CSC的数量、肿瘤血管密度和肿瘤细胞增殖能力等，抑制TGFβ信号通路，破坏肿瘤微环境，抑制肿瘤生长。该纳米材料可用作CSC抑制剂用于肿瘤的治疗，提高肿瘤的治疗效果。本专利技术是通过以下的技术方案来实现的。本专利技术提供一种SWCNT及其衍生物在特异性抑制肿瘤干细胞(CSC)方面的应用。另外，本专利技术还提供一种SWCNT及其衍生物在抑制TGFβ信号通路及破坏肿瘤微环境中的应用。本专利技术还提供一种SWCNT及其衍生物在制备治疗肿瘤药物中的应用。本专利技术实施例的应用，所述衍生物包含SWCNT-Raw与SWCNT-COOH。本专利技术实施例的应用，所述SWCNT-Raw及SWCNT-COOH的合成方法为：1)将SWCNT-Raw和SWCNT-COOH分别溶于超纯水中，用探头式超声仪超声至材料充分分散，然后视情况加入终浓度为1-6M的盐酸；2)在超声清洗仪中继续超声至材料充分分散，通过离心分离出溶液中的纳米材料沉淀，然后用超纯水多次清洗沉淀，最后用少量超纯水重悬，利用超声清洗仪超声法将其分散于水中，最终获得稳定悬浮于水中的纳米材料，且浓度约为100-150μg/mL。本专利技术实施例的应用，包括：1)抑制CSC形成的方法，发现SWCNT及其衍生物能显著抑制CSC的形成；2)SWCNT及其衍生物能显著提高肿瘤微环境内肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，促进化疗药物对其的杀伤；3)SWCNT及其衍生物能显著降低肿瘤组织内的CSC数量、肿瘤微血管密度和肿瘤细胞的增殖能力等，并抑制肿瘤的生长；4)SWCNT及其衍生物能显著抑制TGFβ信号通路及下游相关的基因的表达，进而破坏CSC赖以存在的肿瘤微环境。借由上述技术方案，本专利技术具有如下优点：1)本专利技术中所用的碳纳米材料制备条件和步骤简单，易于操作，具有产业化合成的前景；2)本专利技术中所制备的碳纳米材料具有较高的生物相容性，且能特异性抑制CSC的形成；3)本专利技术中所制备的碳纳米材料能显著抑制肿瘤组织内CSC，降低肿瘤血管密度和肿瘤细胞增殖能力等，抑制肿瘤生长；4)本专利技术中所制备的碳纳米材料能有效抑制TGFβ信号通路，破坏肿瘤微环境，可有望作为特异性靶向抑制CSC和TGFβ信号通路的试剂，用于肿瘤治疗。附图说明图1是水相SWCNT及其衍生物水溶液(A)和TEM表征(B)。图2是纳米材料对人成纤维细胞(A)和普通肿瘤细胞(B)的CCK8结果。图3是纳米材料进入肿瘤细胞生物电镜图片，绿色箭头所指的为细胞内的纳米材料。图4是纳米材料抑制肿瘤细胞去分化形成CSC球囊(A)和CSC标志物蛋白表达(B)，降低细胞克隆形成能力(C)和脂肪诱导分化能力(D)，不影响化疗药物对普通肿瘤细胞的杀伤(E)，增加化疗药物对微环境中药物耐受性肿瘤细胞的杀伤(F)。图5是低氧和酸性条件下纳米材料对肿瘤细胞去分化的形成CSC球囊的影响。图6是纳米材料对其他肿瘤细胞系去分化形成CSC球囊的影响。图7是纳米材料给药时间和次数(A)，对肿瘤组织内肿瘤细胞增殖(Ki-67表达水平)和肿瘤血管密度(CD31)的影响(B)，以及降低组织内CSC能力(D)。图8是纳米材料对肿瘤细胞中TGFβ信号通路中TGFβ受体TGFβRI和下游smad2磷酸化水平(A)以及下游与CSC性能相关基因的表达的影响(B)，纳米材料对肿瘤组织中TGFβRI和下游smad2磷酸化水平(C)以及下游基因的表达的影响(D)。具体实施方式以下通过具体较佳实施例结合附图对本专利技术的应用作进一步详细说明，但本专利技术并不仅限于以下的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种SWCNT及其衍生物在特异性抑制肿瘤干细胞(CSC)方面的应用。
【技术特征摘要】
1.一种SWCNT及其衍生物在特异性抑制肿瘤干细胞(CSC)方面的应用。2.一种SWCNT及其衍生物在抑制TGFβ信号通路及破坏肿瘤微环境中的应用。3.一种SWCNT及其衍生物在制备治疗肿瘤药物中的应用。4.根据权利要求1或2或3所述的应用，其特征在于：所述SWCNT及其衍生物的合成方法为：1)将SWCNT及其衍生物分别溶于超纯水中，用探头式超声仪超声至材料充分分散，然后视情况加入终浓度为1-6M的盐酸；2)在超声清洗仪中继续超声至材料充分分散，通过离心分离出溶液中的纳米材料沉淀，然后用超纯水多次清洗沉淀，最后用少量超纯水重悬，利用超声清洗仪超声法将其分散于水中，最终获得稳定悬浮于水中的纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：松阳洲，苗彦彦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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