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肿瘤原位酶触发的聚集用以增加纳米药物的蓄积

注:文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析


近年来,纳米药物研究与开发取得了巨大的进步,一系列纳米药物已经用于临床治疗,然而纳米药物在肿瘤部位的蓄积量依然不够理想,而粒径作为纳米药物的一个重要性质对其在肿瘤部位的分布和蓄积具有重要影响。因此,是否可以将纳米药物功能化,使其智能化地响应肿瘤微环境并调节其粒径,从而提高肿瘤部位的蓄积量呢?四川大学华西药学院高会乐点击查看介绍研究团队通过将载有阿霉素的金纳米粒修饰上点击反应的片段,其在肿瘤中高表达酶的催化下发生聚集并阻断金纳米粒回流,从而增加其在肿瘤部位的蓄积


肿瘤已经成为威胁人类健康的一个重大因素,中国的发病率高达每10万人250例。普通化疗药物具有靶向性差、毒副作用高的缺陷。相对而言,纳米药物能够更好地将药物递送至肿瘤部位并降低其系统毒性,得到了广泛的关注。然而纳米药物在肿瘤内部的靶向分布、深层穿透和滞留受到众多因素的影响,如缺血管、高间质压、乏氧、酶表达异常等。常规纳米载体难以同时具有均匀的肿瘤内部分布和滞留,往往具有“化疗盲区”而限制了其抗肿瘤效果的发挥。因此,开发出同时具有良好肿瘤部位的深层穿透和蓄积的纳米载体显得尤为重要。


四川大学高会乐研究团队制备出一种功能化的纳米载体,主要是由两部分功能片段修饰的金纳米粒组成。一部分是在金纳米粒表面修饰上legumain酶可剪切的Ala-Ala-Asn-Cys-Lys多肽片段,另一部分是在金纳米粒表面修饰上2-氰基-6-氨基-苯并噻唑(CABT)。该组合的功能化纳米粒粒径仅有30 nm,静脉注射后能够被动靶向至肿瘤部位,并有效渗透至肿瘤深部;在肿瘤部位高表达的legumain酶的作用下暴露出多肽片段中的1,2巯基氨基,并与CABT上的氰基发生点击环合,从而造成金纳米粒的聚集并引起粒径的增加,从而有效滞留在肿瘤内部,减少纳米粒的回流,提高纳米粒在肿瘤部位的分布;进而在肿瘤部位较低的pH环境下响应性释放阿霉素,发挥其抗肿瘤效果。体外实验表明AuNPs-A&C在与legumain孵育12 h后,粒径从35.6 nm增加到309.6 nm。体内活体成像、光声成像及共聚焦显微镜成像表明AuNPs-A&C可以选择性地蓄积在脑肿瘤部位,并具有更加均匀的分布。ICP-MS检测表明AuNPs-A&C在脑肿瘤部位可以获得较高的蓄积量。最重要的是,将化疗药物阿霉素连接到金纳米粒上,可以显著地提高荷脑胶质瘤小鼠的生存期,且可以减少在正常组织中的分布,降低阿霉素的系统毒性,具有积极的临床治疗意义。


该靶向策略能够广泛应用于多种肿瘤的靶向药物递送,提高小粒径纳米药物在肿瘤部位的分布,从而进一步提高肿瘤的靶向治疗效果。这一成果近期发表在ACS Nano上,文章的第一作者四川大学博士生阮少波


该论文作者为:Shaobo Ruan, Chuan Hu, Xian Tang, Xingli Cun, Wei Xiao, Kairong Shi, Qin He and Huile Gao

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http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.6b05070

Increased Gold Nanoparticle Retention in Brain Tumors by in Situ Enzyme-Induced Aggregation

ACS Nano, 2016, 10, 10086-10098, DOI: 10.1021/acsnano.6b05070


高会乐博士简介


高会乐,四川大学华西药学院副教授。2013年于复旦大学药学院获得博士学位,并进入四川大学工作。2015-2016年于斯坦福大学做访问学者。


研究领域为脑靶向和肿瘤靶向递药系统研究。在相关领域发表SCI论文50余篇,包括ACS NanoBiomaterialsJ Control ReleaseNanoscale等;H因子为20。获授权专利5项。共同主编Elsevier出版社的专著Neurotoxicity of nanomaterials and nanomedicine,并参与两本英文专著的撰写。担任Current Drug Metabolism客座主编;并担任Journal of MicroencapsulationEC Pharmacology and Toxicology编委,《中国医院药学杂志》通讯编委、《药学学报》青年编委。2015年获得中国药学会青年药剂学奖。


http://www.x-mol.com/university/faculty/26796


科研思路分析


Q:该体系设计思路是基于什么样的理念,其目的是什么?

A:该体系设计思路主要是构建具有肿瘤微环境响应性的载体系统,针对肿瘤中的特殊环境,设计可以特异性响应肿瘤微环境中特征分子的纳米载体,而在正常组织没有或很少有响应性。同时,考虑到在不借助配体的情况下,纳米载体主要依靠增强的渗透和滞留效应(EPR effect),小粒径的纳米载体具有较好的穿透效果却不易滞留在肿瘤中,而大粒径的纳米载体具有较好的保留效果却不易穿透,。因此我们选择了小粒径的金纳米粒,将其表面修饰上可以发生点击反应的功能片段,该纳米系统可以有效地传递至脑肿瘤部位,在legumain酶的作用下发生聚集,限制其从肿瘤部位的回流,从而增加了保留。

设计此具有肿瘤微环境相应的纳米载体的目的是增加药物在肿瘤部位渗透的同时提高其蓄积。


Q:在研究过程中遇到的最大困难是什么?

A:最大的困难主要是在前期的体系设计和体外可聚集的验证实验。最开始的设计是将两种功能片段修饰到同一个金纳米粒的表面,然而其粒径增加效果不够理想,推测可能同一纳米粒上的两个片段容易发生环合却无聚集效应,后设计为将两种功能片段分别修饰到金纳米粒上。其次,酶的催化条件的摸索也是至关重要的。这两个问题的认识和解决对于后期的实验拓展起到了关键性的作用,也为有兴趣在此领域研究的学者提供了参考。


Q:该研究成果具有什么样的重要性?

A:该酶响应性的功能性纳米载体可以提高化疗药物(阿霉素)在脑肿瘤部位的蓄积,表现为显著性地延长荷脑肿瘤小鼠的生存期,具有积极的临床治疗意义。该策略的有效性为设计出其他针对肿瘤微环境的纳米载体提供了参考,同时,基于这样的理念,可以将治疗对象延伸至其他疾病,对于医药工作者研究和开发出可以特定相应不同疾病的病理特征的纳米药物提供了思考。


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