基于聚吡咯@UiO-66金属有机框架材料和柱芳烃纳米阀门的多功能超分子材料用于靶向化疗-热疗联合癌症治疗

癌症一直是威胁人类健康的重大问题，耐药性的提高和化疗单一治疗模式的局限性促进了多模式癌症治疗体系的发展。靶向可控的多功能纳米治疗体系已经成为纳米医药材料的重要发展目标之一。具有可调节主客体作用的超分子纳米阀门开关可以实现在特定病灶部位的打开，保证药物的靶向运输，为靶向可控的治疗提供了无限可能性。光热治疗是一种通过光吸收剂将近红外光转化为热能实现局部无创杀死癌细胞有效的治疗癌症的方式，自发展以来受到科研工作者的广泛关注。同时，金属有机骨架材料因其自身优异的性能（例如，尺寸形貌可控性、结构组分可调性、功能多样性、易于修饰和良好的生物相容性等）而使得金属有机骨架杂化材料在生物医用方面备受关注。超分子纳米阀门和多功能金属有机骨架医用材料的有机结合为拓展靶向可控的多功能联合治疗体系带来了巨大的发展前景，该体系的设计既可以实现药物在病变环境中的靶向释放并减小毒副作用又可以实现材料之间的功能协同性从而大大提高治疗效率。鉴于此，吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威教授（点击查看介绍）课题组及合作者们就靶向介导的多模式癌症治疗体系进行了深入的研究，并取得进展。

该团队近期发表于ACS Appl. Mater. Interfaces 杂志的最新研究巧妙地结合柱芳烃准轮烷的纳米阀门的功能与金属有机骨架材料的可设计性制备了靶向介导的光热-化疗联合癌症治疗体系（PPy@UiO-66@WP6@PEI-Fa，简称PUWPFa体系），实现了超分子纳米阀门被动靶向、叶酸主动靶向、聚吡咯光热治疗、金属有机骨架材料载药化疗有机结合，为可控多功能靶向联合治疗体系的设计与制备提出了新的思路（图1）。

图1

作者就体系的光热效果及柱芳烃纳米阀门的药物控释行为进行了详细的体外研究（图2），研究结果表明该PUWPFa体系具有38.69 %的良好的光热转换效率，同时柱芳烃纳米阀门的存在保证了光热条件下和癌细胞酸性环境下的靶向药物释放，使得光热和化疗联合治疗方式相辅相成，有利于提高治疗效果。

图2

基于体系的优异表现，研究者进一步研究了其在细胞水平上的给药效果（图3）。细胞毒性实验说明材料自身生物相容性良好（图3A），同时PUWPFa体系相比于无叶酸修饰的PUWP体系和单纯的5-氟尿嘧啶（5-Fu）药物体系表现出良好的杀死癌细胞的性质（图3B），说明该靶向纳米体系具有良好的化疗能力。对比细胞水平上的治疗效果（图3C），PUWPFa体系表现出优于单独热疗和化疗的治疗效果，进一步说明了本工作中光热-化疗联合治疗方式的优异性。

图3

鉴于该体系在细胞水平上的良好表现，作者接着研究了其在活体水平上的治疗效果（图4）。作者将携带HeLa肿瘤的雌性裸鼠分为7组进行不同的对照治疗实验并定期记录各实验组的小鼠体重（图4A）和肿瘤体积（图4B），结果表明PUWPFa体系对于小鼠体重并无明显影响同时相对于对照组（PBS control）、激光组（NIR）、材料组（PUWPFa NPs）、药物组（5-Fu）、材料+激光组（PUWPFa NPs+NIR）、药物+激光组（5-Fu +NIR）本工作中设计的靶向光热-化疗体系（PUWPFa NPs+5-Fu+NIR）表现出明显的抑瘤效果，说明该体系既有良好的安全性又有优异的抗癌效果。此外，该体系在治疗过程中对于小鼠正常器官如心、肝、脾、肺、肾没有明显的毒副作用（图4C），进一步说明了该体系的生物安全性。

图4

该研究的最大意义在于将超分子化学和材料设计有机结合，通过简单的构筑理念即可得到具有多种功能的联合治疗纳米材料，对于多模式癌症治疗体系的开发有着重要的启示作用。

这一成果近期发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 上，文章的第一作者是吉林大学博士研究生武明雪。

该论文作者为：Ming-Xue Wu, Hong-Jing Yan, Jia Gao, Yan Cheng, Jie Yang, Jia-Rui Wu, Bai-Juan Gong, Hai-Yuan Zhang, Ying-Wei Yang*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Multifunctional Supramolecular Materials Constructed from Polypyrrole@UiO-66 Nanohybrids and Pillararene Nanovalves for Targeted Chemophotothermal Therapy

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b13758

导师介绍

杨英威

http://www.x-mol.com/university/faculty/11040

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