智能化疗药物递送系统的构建与抗肿瘤应用研究

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癌症是威胁人类生命健康的主要疾病之一,到目前为止,对癌症治疗的基础研究和临床研究仍然十分紧迫。化疗作为癌症治疗的主要手段之一,由于化疗药物缺乏肿瘤特异性而对正常细胞、组织和器官产生不良的毒副作用,严重影响了化疗的治疗效果和在临床中的应用。纳米技术的快速发展已允许将多种化疗药物载入到纳米颗粒中,并为癌症的治疗带来了新的希望。由于实体瘤具有增强渗透滞留(EPR)效应,纳米药物递送系统能够通过EPR效应促进药物在靶点的积累,从而改善肿瘤的治疗效果和减少毒副作用。EPR效应的被动靶向效果受诸多因素的影响,包括肿瘤血管的生成、肿瘤的类型和大小等。如何实现纳米药物递送系统的肿瘤细胞靶向,并特异性杀伤肿瘤细胞已经引起了研究人员极大的关注。采用可与肿瘤微环境发生相互作用的生物活性配体构建纳米药物递送系统,实现药物靶向递送功能,并在肿瘤细胞内发挥功效,在癌症治疗中受到了相当大的关注。白蛋白能够与GP60结合并主动靶向肿瘤细胞,其表面存在的丰富官能团(如氨基、羧基和巯基等)易于修饰靶向分子进而实现对肿瘤细胞的双重靶向功能。无载体纳米药物则可以在形成过程中或者形成后对表面进行修饰使其亦能有效地靶向肿瘤细胞,增强肿瘤细胞对纳米药物的吞噬作用。但是,白蛋白或者无载体药物递送系统在肿瘤的治疗过程中,经常会产生疗效不理想的情况。一方面,化疗药物不会对所有的肿瘤细胞产生良好的敏感性;另一方面,单一的治疗方式也会导致肿瘤的治疗效果达不到预期。因此,迫切需要开发具有多功能的靶向纳米药物递送系统以提高化疗药物对肿瘤的杀伤作用。本论文以提高化疗药物的靶向作用和肿瘤治疗效果为目的,选用白蛋白纳米颗粒和无载体纳米药物设计并制备了3种纳米药物递送系统,用于递送化疗药物、自噬抑制剂和光敏剂,然后对纳米药物递送系统相关的肿瘤生物学效应进行了评价。本文的主要内容和研究结果如下:(1)氧化还原响应的两亲性化疗药物递送系统用于肝肿瘤靶向治疗为了提高化疗药物的载药量和对肝癌的靶向作用,我们采用二硫键对化疗药物喜树碱(CPT)和肝癌靶向分子乳糖(LA)进行连接,设计合成了一种具有双亲性的无载体前药纳米递送系统CPT-S-S-LA。在该双亲性药物递送系统中,CPT和LA分别充当疏水端化疗药物和亲水端靶向分子,并在溶液中自组装形成粒径约为110 nm的颗粒。该无载体纳米递送系统首先通过EPR效应在肿瘤部位富集,然后通过去唾液酸糖蛋白(ASGP)受体介导的胞吞作用促进肿瘤细胞对纳米颗粒的吞噬作用,最后在肿瘤细胞内高谷胱甘肽(GSH)的作用下断开二硫键并释放出抗肿瘤药物CPT用于杀死肿瘤细胞。药物释放实验证实了该无载体药物递送系统具有GSH响应释放的特性。同时,细胞研究结果显示该纳米颗粒具有靶向肝癌细胞而非正常HUVEC细胞的特异性识别能力。体内外实验结果证明与游离的CPT相比,该无载体靶向纳米药物递送系统具有增强的肿瘤抑制作用。(2)纳米颗粒抑制肿瘤细胞的自噬以改善化疗药物对脑胶质瘤的治疗效果为了进一步增强肿瘤化疗效果,我们将肿瘤细胞的自噬抑制剂与化疗相结合,以提高脑胶质瘤细胞对化疗药物的敏感性。我们通过去溶剂法工艺合成了白蛋白纳米颗粒,然后用叶酸修饰白蛋白纳米颗粒的表面以增强脑胶质瘤细胞对纳米颗粒的吞噬,然后荷载抗肿瘤化疗药物紫杉醇(PTX)和自噬抑制剂氯喹(CQ)进行联合治疗。实验结果表明制备的白蛋白载药纳米颗粒可以有效地穿透血脑屏障(BBB)模型,并进一步靶向脑胶质瘤细胞。我们发现,单独化疗药物PTX处理后的胶质瘤细胞的干性相关基因(SOX2、POU5F1和NANOG)的表达量增加,但是在与CQ联合作用时干性基因的表达则急剧下降。此外,细胞活性(MTT)和流式凋亡检测,以及对胶质瘤细胞的自噬基因进行敲低,进一步验证自噬的抑制能够有效地提高脑胶质瘤细胞对化疗药物PTX的敏感性。因此,该纳米载药系统能够进一步促进脑胶质瘤细胞的凋亡。(3)多组分自组装纳米复合药物递送系统用于脑胶质瘤化疗/光热联合治疗为了进一步增强肿瘤化疗效果,我们将肿瘤光热治疗与化疗进行联合。我们首先用甲苯磺基保护的精氨酸将CPT进行化学改性,从而获得具有组装能力的前药CPT-RT,并通过π-π堆积作用、电荷作用和氢键作用等将CPT-RT与IR783组装成带强负电荷的二组分纳米颗粒CI。然后,通过聚合反应合成带正电荷的聚赖氨酸PLL,并将其与PEG(增强血液循环)和Angiopep-2多肽(穿透血脑屏障并靶向脑胶质瘤)反应得到第三组分Ang-PEG-g-PLL。最后,带负电荷的CI纳米颗粒和带正电荷的Ang-PEG-g-PLL通过静电相互作用形成三组分纳米载药系统APCI。该纳米载药系统能够有效地穿透血脑屏障并靶向脑胶质瘤细胞。体外细胞活性和细胞凋亡实验验证了该纳米载药平台的化疗和光热联合的疗效显著优于单独的任何一种疗法。最后,基于原位荷瘤裸鼠的体内实验结果表明,APCI+Laser能够显著抑制脑胶质瘤的生长,延长小鼠的生存时间。
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