肿瘤微环境响应型纳米给药体系的构建及其抗肿瘤活性研究

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癌症的高发病率和高死亡率对人类健康构成了重大威胁。化疗是最常用的癌症治疗方法之一,然而,大多数化疗药物通常存在水溶性差、缺乏选择性和特异性等缺点,这可能导致治疗效果不理想和严重的副作用。纳米递送系统(Nano-delivery systems,NDS)在改善药物活性、降低药物毒性等方面具有独特优势,因此在生物医学应用中受到了广泛关注。特定尺寸(20-200 nm)的纳米药物通过增强了渗透和滞留(enhanced permeability and retention effect,EPR)效应被动靶向肿瘤部位,提高药物的疗效,同时减少了药物的毒副作用。肿瘤具有独特的微环境特征,比如:高水平的谷胱甘肽(L-Glutathione,GSH)、低p H值和缺氧等。根据肿瘤微环境设计的刺激响应性纳米给药系统通过EPR效应富集在肿瘤部位,在肿瘤微环境刺激作用下特异性释放药物,增加肿瘤环境细胞对化疗药物的摄取,提高疗效,降低毒副作用。聚乙二醇(Polyethylene glycol,PEG)是美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准的唯一可以用于生物医药的高分子材料,具有生物相容性好、低毒、稳定性高等优点。在纳米载体的表面修饰PEG分子可以延长载体在体内的循环时间。阿霉素(Doxorubicin,DOX)是一种蒽环类抗肿瘤药物,广泛应用于各种恶性肿瘤的临床化疗。然而,游离DOX由于缺乏靶向性不能有效达到肿瘤部位,降低了其生物利用度,并引起严重的副作用。本文用具有良好生物相容性和可降解性的聚合物为载体,设计合成了肿瘤微环境刺激响应的纳米给药递送体系,主要完成以下两项工作:1.合成具有p H和GSH双响应性纳米胶束给药递送体系;2.一种p H敏感的、化疗和光热治疗联合应用的自组装纳米胶束给药递送体系。具体如下:1.将抗癌药物DOX通过顺乌头基键和二硫键连接到聚乙二醇上,得到具有p H和GSH双重响应的前药PEG-SS-CA-DOX,该聚合物为两亲性的物质,可以在水溶液中自组装成纳米胶束,即PEG-SS-CA-DOX纳米胶束。首先,对纳米胶束的结构和光谱性质进行了表征。结果表明:PEG-SS-CA-DOX纳米胶束尺寸在50 nm左右,粒径均一,分散性好。体外释放实验表明,PEG-SS-CA-DOX纳米胶束在酸性和还原性环境的触发下能够快速地释放DOX,表现出良好的p H敏感性和GSH敏感性。体外细胞毒性实验表明,纳米胶束对4T1肿瘤细胞的生长具有显著的抑制作用。细胞流式、激光共聚焦实验表明,纳米胶束到达肿瘤细胞后,其酸性环境和含量的高谷胱甘肽会触发DOX的释放。细胞凋亡实验结果表明,PEG-SS-CA-DOX纳米胶束可以明显诱导细胞凋亡,从而抑制肿瘤细胞生长。此外,体内抗肿瘤实验表明,纳米胶束PEG-SS-CA-DOX对4T1荷瘤小鼠有很好的治疗效果,同时具有较低的毒副作用。2.我们开发了用于近红外荧光引导的协同光热和化疗的pH响应多功能纳米胶束。以Cy7为近红外(NIR)荧光团和光敏剂,PEG为生物相容性载体,成功制备了Cy7-PEG-CA-DOX前药分子,该分子在水溶液中可自组装成以Cy7和DOX为内核、PEG为外壳的纳米胶束。通过紫外-可见分光光度计(UV-Visible Absorption Spectroscopy,UVvis)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)、红外光谱仪、核磁等仪器进行表征,证明纳米载药体系Cy7-PEG-CA-DOX的成功制备。纳米胶束粒径在70 nm左右,粒径均一,分散性好。体外释放实验表明,Cy7-PEG-CA-DOX纳米胶束在酸性环境下能够快速地释放DOX,表现出良好的p H敏感性。体外细胞毒性实验表明,基于化疗-光热联合疗法的纳米胶束对4T1肿瘤细胞的生长具有较强的抑制作用。流式细胞、激光共聚焦实验表明,纳米胶束到达肿瘤细胞后,在其酸性环境会触发DOX和近红外荧光染料Cy7的释放。体内抗肿瘤实验表明:Cy7-PEG-CA-DOX纳米胶束对4T1荷瘤小鼠显示出很强的抗癌活性。此外,动物体内荧光追踪实验表明,Cy7-PEG-CA-DOX纳米胶束具有近红外成像作用,能对药物的体内分布进行实时监控,可同时实现对肿瘤的诊断和治疗。
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