胶质瘤是最常见的恶性原发性脑肿瘤，具有高死亡率和高术后复发率。化学疗法是神经胶质瘤治疗的重要组成部分。5-氟尿嘧啶是抗神经胶质瘤的抗肿瘤药。但是超过80％的游离5-Fu通常主要在肝脏中分解代谢，较少量的药物能够到达肿瘤靶位。此外，缺乏药物效率由非有利的药物动力学分布引起的并在肿瘤组织中的分布差。另外接受标准5-Fu治疗的患者中有10–20％表现出严重的毒性反应。因此，非常需要开发一种简单而有效的方法以将5-Fu掺入纳米载体中。
　　 沸石咪唑骨架是一类具有周期性三维网络结构的多孔材料，由金属离子和有机配体的自组装和杂交产生。ZIF具有孔道可调性，大的比表面积和孔隙率，在吸附，催化和载药方面具有广阔的应用前景。由于ZIF具有多孔性和大的比表面积的特性，因此在装载和释放药物方面引起研究人员的注意。与传统的药物载体相比，纳米ZIF提高了药物的生物利用度，延长药物在体内的循环时间，减少高浓度药物引起的副作用，并具有更好的靶向能力。另外，咪唑是人体氨基酸的组成部分，而Zn2+是人体的微量元素。同时，它们具有出色的体内稳定性和pH响应能力。当ZIF将药物释放到人体中时，也可以使用其框架来最大程度地降低对人体的毒性。据报道ZIF-8可以作为pH触发的5-Fu的载体。
　　 磁共振成像通常是识别具有高空间分辨率的肿瘤块解剖细节的最佳技术。特别是MRI造影剂有助于获得神经胶质瘤诊断的独特图像。含有顺磁性金属离子的MOF也有望作为磁共振成像的造影剂。与临床小分子造影剂相比，框架结构确保MOF不仅具有大量顺磁性金属中心，而且还表现出增强的基于金属的松弛。基于Gd的MOF作为MR造影剂的潜力，Gd的MOF表现出出色的纵向松弛。然而游离Gd3+的浸出离子会导致肾原性系统性坏死，从而限制其临床应用。由于Mn2+和Fe3+离子也被称为强顺磁性金属离子，因此其毒性远低于Gd3+离子。已针对T1/T2开发低毒的锰基MOF和无毒的羧酸铁MOF。加权MR对比度增强，探索ZIF应用的一种发展且有吸引力的方法是通过后合成交换金属离子或有机配体，这可以保持ZIF的稳定性并探索其应用。然而，很少有关于基于合成后ZIF-8的多功能纳米复合材料作为同时用于体内诊断和治疗应用的治疗诊断剂的报道。
　　 在这项工作中，拟议的设计在ZIF-8矩阵中结合神经胶质瘤的成像和化学疗法，以构建多功能的治疗性纳米医学平台，该平台不仅可以诊断神经胶质瘤并通过成像可视化纳米颗粒的积聚，还可以同时提供药物来促进神经胶质瘤的治疗。受这些启发，Mn-ZIF-8/5-FuNP被设计为在单个系统中结合MR成像，超高抗神经胶质瘤药物负载和pH响应药物释放。此外，详细研究合成的Mn-ZIF-8/5-FuNP的体外和体内生物相容性，体内成像以及体外和体内肿瘤抑制功效。
　　 5-氟尿嘧啶，二甲基亚砜和3--2,5-二苯基四唑溴化物购自AladdinIndustrialInc.。DMEM，胎牛血清和0.25％胰蛋白酶-EDTA购自Gibco。Mn-ZIF-8的所有合成材料均购自AladdinIndustrialInc.，未在使用前纯化这些材料。U87-毫克细胞系购自中国科学院细胞库。通常，沸石咪唑骨架8纳米颗粒的合成基于快速室温胶体化学，使用质量比为1：2.5：100的6-水合硝酸锌，2-甲基咪唑和甲醇。将混合物搅拌18小时并通过离心用新鲜的甲醇和乙醇洗涤。最终将产物在150℃下干燥并在真空中活化以进一步使用。然后将0.9g乙酸锰溶解在30mL甲醇中，并将0.3gZIF-8分散在上述溶液中。将混合物在60摄氏度的预热烘箱中孵育48小时。将沉淀物离心并用甲醇洗涤几次，直到上清液变为无色。纳米颗粒在60摄氏度的甲醇中浸泡3天，每24小时用新的甲醇替换溶液。浸泡3天后，将沉淀物离心并在真空炉中干燥。粉末X射线衍射图案在CuKα辐射下在D8聚焦衍射仪上记录，工作在40kV和40mA下。扫描模式下在5至50°的范围内扫描样品。Mn-ZIF-8/5-FU通过以3:1的质量比浸渍在MN-ZIF-8悬浮5-氟尿嘧啶溶液制备：搅拌3天之后，将混合物中回收并通过超滤洗涤。通过透析方法在包括PBS和含有10％FBS的中性PBS的不同培养基中评估体外释放。
　　 将U87-毫克细胞接种到37℃，5％CO296孔培养板中24小时。用浓度范围为0.3–10ugmL-1或相对Mn-ZIF-8的5-Fu的游离5-Fu，Mn-ZIF-8/5-Fu代替培养基在37摄氏度下。24小时后，为每个孔补充1％MTT的新鲜培养基，然后在37摄氏度的黑暗中孵育4小时。之后将培养基替换为200uLDMSO。使用自动酶标仪在550nm下进行测量。雄性小白鼠购自杰斯杰实验动物公司。通过皮下注射U87-毫克细胞建立人神经胶质瘤的肿瘤模型。简而言之，将悬浮在100uL无血清PBS中的U87-毫克细胞皮下接种到小白鼠的背部。
　　 为了研究体内的MRI性能，将荷U87-毫克荷瘤裸鼠分为两组，首先通过腹膜内注射水合氯醛溶液麻醉，再向荷瘤裸鼠静脉内注射100uLPBS或Mn-ZIF-8。然后在配备有特殊动物成像线圈的3.0T临床MRI扫描仪上采集并分析T1加权图像。所述T1-加权MR信号强度从MR图像获取经由感兴趣手动绘制区域。对于体内Mn的生物分布，对三只带有U87-毫克肿瘤的裸鼠静脉内给予100uLMn-ZIF-8溶液。12小时后，处死所有荷瘤小鼠，并通过ICP-AES分析确定Mn在重要器官中的分布，包括肝脏，心脏，脾脏，肾脏，肺和肿瘤。对于ICP-AES分析，将这些器官冷冻干燥并称重后，将样品溶于10mL王水中，并在180摄氏度的烤箱中反应4小时。然后将反应溶液补足至50mL并进行测试。然后定量这些器官中的Mn浓度。另外为了研究健康Balb/c小鼠中Mn-ZIF-8的代谢，添加100uLMn-ZIF-8处死。去除主要器官，并通过ICP-AES测量其锰浓度。
　　 当肿瘤长到40–60mm将15只荷瘤小鼠分为3组。通过尾静脉注射用PBS，5-Fu和Mn-ZIF-8/5-Fu处理这些小鼠。在0、2、4和6天对小鼠进行治疗。在整个治疗过程中，每隔2天测量一次肿瘤体积和体重。治疗后观察小鼠的存活时间和百分比40天。另外，用苏木精和曙红对重要器官和肿瘤染色，并用光学显微镜检查。使用GraphPadPrism进行统计分析。结果表示为平均值±SD。统计差异是通过对两组进行比较的Studentt检验或方差分析，然后对超过两组的多重比较进行Tukey检验确定的。P值＜0.05被认为具有统计学意义。
　　 由于Mn的不稳定2+-4N四面体几何形状，有在将锰一些困难2+成ZIF-8。实验表明Mn2+与2-甲基咪唑在不同溶剂中的直接反应将导致形成复杂的分子，而不是晶体结构。在SatoshiHorike组中，在Ar气氛中由[Mn2.3THF]NaBH4合成了立方[Mn2]。但是，Mn-ZIF的高度稳定的结构阻碍了其进一步的应用。最近报告说，合成的金属离子和沸石咪唑鎓骨架中的配体交换，将Mn2+离子引入骨架中，以用于进一步的生物医学应用。ZIF-8作为前体，并根据修改的程序执行PSE方法。与Mn2在60摄氏度下孵育2天后，纳米颗粒变成棕色。为了除去未反应的Mn2，将其在纯甲醇中进一步培养几天。在最终产品中，Mn2+与Zn2+的比例为1：7。Mn-ZIF-8的扫描电子显微镜和透射电子显微镜。尺寸约为80nm，原始晶体形状保持不变。红外光谱结果还表明，该产品的化学结构与先前报道的Mn-ZIF-8NPs的Brunauer-Emmett-Teller表面积为1951.01m2g-1。Mn-ZIF-8的晶体结构与ZIF-8的晶体结构相似，表明在合成过程中未发生晶型变化。结果表明，Mn-Zn-ZIF的高比表面积可用于潜在的高载药量。细胞培养基中Mn-ZIF-8的大小约为110nm，电位为30.2mV。总之，以上结果与相关文献一起证实了双金属沸石咪唑酸酯骨架的成功制备。
　　 载药效率主要取决于搅拌时间和5-Fu与ZIF的比例。由于在此时间之后载药量不再增加，因此将搅拌时间设为3天，这表明载体已经饱和。将质量比调整为1：1，以获得最大负载，该负载高于其他类型的药物输送系统。载有药物的Mn-ZIF-8的粉末XRD光谱没有分配给5-Fu的衍射峰，表明该药物可能以分子的骨架或无定形状态存在。溶剂的性质对最终载药效率几乎没有影响，这可能是由于Mn-ZIF-8的良好分散性所致。5-Fu在不同培养基中的体外释放曲线。在中性环境中实现了缓慢和持续释放，在24小时结束时释放的总量不到总释放量的70％。此释放有助于防止在达到目标之前泄漏。在此，最初几个小时内的初始爆发可能是由于附着在载体表面的有效载荷的比例很小。相反，当添加10％的胎牛血清时，观察到相对较快的释放，这表明载体和血清蛋白之间可能存在相互作用。此外，在pH值更改为5.5的前4个小时内，观察到≈80％的更快释放。考虑到ZIF在酸性条件下的快速解离，很明显药物释放与Mn-ZIF-8的降解密切相关。
　　 由于Mn2+的5个错配的3D电子，因此Mn颗粒可以用作MRI中有效的T1造影剂。当将Mn-ZIF-8静脉内注射到荷瘤小鼠中时，与PBS组相比，可以在肿瘤部位观察到增强的T1加权MR信号。静脉注射后，Mn-ZIF-8的信号强度持续增加并在12小时达到峰值，但在24小时时信号强度略有下降，这表明Mn-ZIF-8的累积积累过程。出国看病网进一步研究了静脉注射后Mn-ZIF-8纳米粒子的生物学分布。在给荷瘤小鼠注射Mn-ZIF-8后，测量Mn2+离子的量。在第12小时，观察到相对较高的肿瘤积累，每克ID为3.47％，这可能归因于癌性肿瘤的EPR作用。同时，尽管这些纳米粒子在网状内皮系统中也显示出高水平的蓄积，但随着时间的推移，保留在小鼠所有主要器官中的Mn2+含量会迅速下降，表明Mn-ZIF-8在体内被有效清除。因此，在体内复杂在这种环境下，Mn-ZIF-8纳米结构可能会逐渐分解为小分子和离子，然后可以相对较快的方式有效地从小鼠体内清除。为了使纳米颗粒的长期毒性最小化，与难以实现有效去除身体的其他无机固体纳米颗粒相比，应优先选择该纳米颗粒。
　　 用U87-毫克研究Mn-ZIF-8/5-Fu和游离5-Fu的体外抗肿瘤作用。两种药物均以剂量依赖性方式抑制细胞增殖，并且Mn-ZIF-8/5-Fu显示出比游离的5-Fu更强的作用。在凋亡试验中观察到相似的趋势，Mn-ZIF-8/5-Fu，5-Fu溶液和空白Mn-ZIF-8组中凋亡细胞的百分比分别为21.33％，3.81％和3.52％。抗肿瘤效率的提高可能与Mn-ZIF-8的药物吸收增加有关。药物应用四次后，在体内测试不同组的抗肿瘤作用。在治疗组中监测肿瘤大小14天。在施用Mn-ZIF-8/5-Fu期间，肿瘤的生长缓慢并且肿瘤逐渐减少，并且在之内没有发生进一步的肿大。同时，其他两组的肿瘤在观察期内迅速生长。此外，用Mn-ZIF-8/5-Fu治疗14天后，未发现明显的体重减轻。用Mn-ZIF-8/5-Fu治疗的所有小鼠均未明显复发，在40天的治疗中存活率为80％，而PBS和5-Fu的平均寿命为22天，分别为30天。H＆E染色图像显示，与其他组相比，Mn-ZIF-8/5-Fu组中存在液泡。这些优异的治疗效果和延长的生存时间可能是由于更长的血液循环时间和更高的血液中药物浓度，导致了肿瘤中更高的药物浓度。
　　 对重要器官进行H＆E染色，以进一步确认体内框架的安全性。在用PBS和Mn-ZIF-8/5-Fu处理后，在组织病理学检查中未观察到重要器官的明显异常。然而，对5-Fu游离注射组的评估显示出对重要器官的某些损伤，详细描述如下：心肌肌浆溶解；肾炎细胞浸润；肝细胞水肿变性坏死；肺泡膜增厚，毛细血管充血，肺红细胞和炎性细胞渗出；脾萎缩和纤维组织增生。这些结果表明游离的5-Fu可能对重要器官产生严重的副作用，并且该框架可以有效减少5-Fu对小鼠的副作用。体内，这可能成为癌症精密医学中有效的纳米平台的潜在候选者。
　　 总之，成功地合成了具有良好分散性和高比表面积的低毒双金属沸石咪唑酸盐骨架，可用于潜在的高载药量。细胞培养基中的Mn-ZIF-8的大小为约110nm，电位为30.2mV。Mn-ZIF-8纳米结构可以在体内逐渐分解为小分子和离子，然后可以相对较快的方式有效地将其从小鼠体内移除，从而最大程度地减少对重要器官的长期毒性。另外，在Mn-ZIF-8上加载了5-Fu以制备Mn-ZIF-8/5-Fu。Mn-ZIF-8/5-Fu具有pH响应性，在生理pH值下提供了减少的过早药物释放，但促进肿瘤细胞中更有效和更快的药物释放。pH响应传递显着提高Mn-ZIF-8/5-Fu的治疗效果，并显着延长U87-毫克荷瘤小鼠的生存期。同时，pH响应性增强肿瘤部位Mn2+的积累，在体内产生出色的T1加权MR信号。两者合计，研究表明，具有良好的生物相容性和pH响应能力可以用作同时用于神经胶质瘤的诊断和治疗应用的新型框架。