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【最新发表】【Biomaterials Science】具有深沟槽侧面的复合介孔纳米棒及其药物递送的研究
发布时间:2019-10-16

研究背景

近年来,纳米颗粒(NPs)介导的药物传递体系取得了突破性进展。据报道,绝大多数NPs进入细胞后被困在内涵体/溶酶体囊泡中,不能穿透膜屏障到达细胞质。在这种情况下,膜不透过性药物(生物制药分类系统IV类药物)在细胞内的有效传递成为一大难题。然而,在典型的胞质释放NPs机制中,很少有报道是通过操纵NPs的物理化学参数的方法实现溶酶体逃逸。因此,如何精细调控NPs形貌来实现药物在细胞内的有效传递,达到有效杀伤肿瘤细胞的效果是有待解决的科学问题。


2019108日,“Hybrid mesoporous nanorods with deeply grooved lateral faces toward cytosolic drug delivery文章成功发表于《Biomaterials Science》杂志,硕士研究生孙凯瑶为论文第一作者。课题组根据聚多巴胺(PDA)对介孔二氧化硅的保护性蚀刻方法,首次合成一种具有六臂星形底面和凹槽状侧面的复合型介孔纳米棒(TNR-E20)。众所周知,具有高局部曲率的TNR-E20纳米棒在细胞中吸收/溶酶体逃逸过程中会遇到不同的(细胞/囊泡)膜曲率。有趣的是,为了使纳米棒与膜的相互作用过程中膜张力最小化/最大化,纳米棒将旋转为平躺/垂直模式,实现细胞内化/溶酶体逃逸行为,促进细胞膜不透过性药物伏立诺他(SAHA)的有效传递。这将为智能化纳米载体的设计提供一条新的思路。


图文导读

通过聚多巴胺(PDA)保护蚀刻方法、PEI修饰和药物(SAHA)装载的联合过程制备具有深沟槽侧面的复合介孔纳米棒,并通过形态介导的溶酶体逃逸实现胞质药物递送的示意图


图一、介孔二氧化硅纳米棒(MSNR, a)、六边形扭曲纳米棒(TNR, b)MSNR-E5 (c)TNR-E5 (d)MSNR-E20 (e)TNR-E20 (f)SEMTEM图像; 显示TNR-E20 (g)的形态和组成的STEM图像,包括暗场TEM图像和相应的元素映射图像


图二、MSNR-E5TNR-E20MCF-7细胞内吞抑制作用的归一化荧光强度(a)MSNR-E5 (b)TNR-E20 (c)孵育3 h后与细胞内涵体共定位的共聚焦图像; MSNR-E5 (d)TNR-E20 (e) 的强度散点图以及对应的PSC系数(f); 孵育3 hMCF-7细胞中MSNR-E5 (g-h)TNR-E20 (i-j)分布的电镜图


图三、MSNR-E5 (a)TNR-E20 (b)孵育24 h后与细胞溶酶体共定位的共聚焦图像; MSNR-E5 (c)TNR-E20 (d)的强度散点图以及对应的PSC系数(e); TNR-E20的三维叠加图像(f); 孵育24 hMCF-7细胞中MSNR-E5 (g-h)TNR-E20 (i-j) 分布的电镜图


图四、SAHAMSNR-E5-SAHA TNR-E20-SAHA TGA曲线图评价载药量(a); MSNR-E5-SAHATNR-E20-SAHA在不同pH条件下的累积释放曲线(b),细胞毒性分析(c)以及细胞活性分析(d); Annexin V-FITC/PI法检测细胞凋亡空白对照、MSNR-E5TNR-E20、游离SAHAMSNR-E5-SAHATNR-E20-SAHA (e)


【小结】

综上所述,通过聚多巴胺(PDA)对介孔二氧化硅进行的保护性刻蚀作用,制备出具有高局部曲率的介孔二氧化硅纳米复合材料。通过该系统,我们成功地证明具有最锐边/最深沟槽的纳米棒可以旋转为竖直/平躺模式,以最大限度地降低/提高膜张力,并有效地从溶酶体逃逸到细胞质中,从而实现SAHA的释放和传递。因此,这些特性使得这种纳米棒有望解决膜不渗透药物在细胞中传递的挑战。


原文链接 https://doi.org/10.1039/c9bm01251f