精准设计的温敏铂族纳米配位聚合物用于肿瘤综合治疗研究

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随着人们对肿瘤发生发展过程认识的不断深入,基于纳米载药系统的肿瘤综合治疗已经发展成为肿瘤治疗的新范式。肿瘤综合治疗是将几种治疗模式药物有机地结合在一起,相互协同,相互增敏,实现增效减毒,达到“1+1>2”的目的。常见的肿瘤综合治疗包括:光热治疗(Photothermal therapy,PTT)与化疗双模式协同治疗,光动力治疗(Photodynamic therapy,PDT),PTT与化疗三模式协同治疗等。虽然肿瘤综合治疗取得了长足的发展,但仍存在一些棘手的问题需要解决,进而推动它们的临床转化:(1)基于PDT的肿瘤综合治疗面临光敏剂自聚集,导致单线态氧量子产率低下的问题;(2)基于化疗的肿瘤综合治疗面临化疗药物释放行为不可控问题,和药物提前泄露的风险;(3)大部分纳米载药系统合成过程繁琐,合成条件苛刻且不环保;(4)“PEG困境”导致大部分纳米载药系统肿瘤递送效率低下;(5)大多数纳米载药系统对耐药型与转移性肿瘤治疗效果不尽如人意。纳米配位聚合物(Nanoscale coordination polymers,NCPs)是一类合成方法简单、温和,结构与组分可调的多功能纳米材料。本论文发展了一系列酸性温敏聚合物作为有机桥联配体,并以具有细胞毒性的铂族金属离子为连接点,通过简单、温和、可控的方法构建了一系列p H/温度双重响应的NCPs,巧妙地规避了以上问题,并用于高效的肿瘤综合治疗。主要创新性结果如下:(1)发展了一种光敏剂分子离散整合纳米组装策略。室温水相体系下,顺铂配位诱导光敏剂吲哚菁绿(Indocyanine green,ICG)与酸性温敏聚合物聚苯乙烯磺酸钠-b-聚(甲基丙烯酸二缩乙二醇甲醚酯-co-甲基丙烯酸寡聚乙二醇甲醚酯)-b-聚苯乙烯磺酸钠(p SS-b-p(MEO2MA-co-OEGMA)-b-p SS,PES)离散共组装构建核—壳型结构的Pt/IS-DINs。通过合理地调控ICG/PES比例,可调控ICG的聚集程度,同时解决了ICG存在的光漂白与聚集诱导淬灭两大相互矛盾的难题,将ICG单线态氧量子产率提高7倍(已知文献报导最高),光热转换效率提高3倍。在808 nm激光的激发下,光热效应导致Pt/IS-DINs发生亲疏水性反转,实现了光热靶向递送,使Pt/IS-DINs肿瘤部位的蓄积量增加10倍。Pt/IS-DINs对原发性肿瘤表现出高效的PDT/PTT/化疗协同治疗效果,并有效地诱导ICD效应,激活机体全身抗肿瘤免疫反应,对远端瘤和肺部转移瘤均有显著的抑制作用。(2)以六氯铂酸与温敏酸性嵌段聚合物聚丙烯酸-b-聚N-异丙基丙烯酰胺-b-聚丙烯酸(p AA-b-p NIPAM-b-p AA,PNA)配位交联的Pt4+-PNA纳米凝胶为模板,通过简单、温和、可控的还原反应制备具有光热效应Pt~0核和化疗效果Pt2+壳层的双价态铂纳米团簇(Platinum nanoclusters,Pt NCs)。通过调控Pt4+与PNA的摩尔比,可以选择性还原得到不同Pt2+/Pt~0比例的Pt NCs。808 nm激光激发Pt NCs光热效应,诱导Pt NCs发生亲疏水性反转,使Pt NCs肿瘤部位的蓄积量增加3倍。此外,Pt NCs表现出精准时空可控的光激活脉冲释药,解决了药物提前泄露的难题,并实现光激活的PTT/化疗精准协同抗肿瘤功效。(3)四氯钯酸钾与温敏的酸性嵌段聚合物聚苯乙烯磺酸钠-b-聚N-异丙基丙烯酰胺-b-聚苯乙烯磺酸钠(p SS-b-p NIPAM-b-p SS,PNS)配位共组装构建Pd-PNS纳米凝胶。改变Pd-PNS纳米凝胶中Pd2+的含量,可以调控Pd-PNS纳米凝胶的低临界相转变温度(Lower critical solution temperature,LCST):Pd-PNS纳米凝胶的LCST随着Pd2+含量增加而降低,这有利于Pd-PNS纳米凝胶的瘤内凝胶化,增强Pd2+的瘤内长效滞留。Pd2+的释放行为具有p H依赖性,p H值越低,释放速率越快,实现肿瘤部位特异性缓慢释放。此外,Pd-PNS纳米凝胶能够增加顺铂耐药型MCF-7/Pt肿瘤细胞对Pd2+的摄取量并减少其对Pd2+的外排量,因此Pd-PNS纳米凝胶能够有效地杀伤MCF-7/Pt肿瘤细胞及其肿瘤干细胞,从而完全抑制MCF-7/Pt肿瘤的生长,高效地逆转MCF-7/Pt肿瘤顺铂耐药性。本文针对肿瘤综合治疗存在的问题,制备了几种基于酸性温敏嵌段聚合物与铂族化疗药物的NCP,通过光热诱导肿瘤靶向递送,可控释放,实现精准的PTT/化疗与PDT/PTT/化疗肿瘤综合治疗,并诱导肿瘤免疫原性细胞死亡(Immunogenic cell death,ICD),激活全身抗肿瘤免疫反应,高效杀伤耐药型与转移性肿瘤。本文研究为实现精准的肿瘤综合治疗,克服肿瘤耐药和转移提供了新的见解。
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