温度抗体双靶向纳米泡囊的构建及其抗胃癌机制研究

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据世界卫生组织(WHO,world health organization)最新发布的《全球癌症报告2014》显示,最近一年全球新增胃癌病例和相关死亡人数中,中国占比均超过40%,居世界首位。胃癌的传统治疗手段是进行手术治疗,以尽可能的切除肿瘤病灶。但对于晚期胃癌,肿瘤细胞已入侵蔓延到邻近组织或远端转移,手术根治性切除率低,易复发,治疗效果非常有限。考虑到肿瘤细胞与正常细胞最主要的区别是其快速的细胞分裂及生长,所以目前临床上常结合放、化疗手段来综合治疗胃癌。其原理是利用细胞毒药物或射线干扰细胞分裂以杀死肿瘤细胞。但是它们不能识别肿瘤细胞,只非特异地杀伤增殖迅速的细胞,所以会同时伤害需要经常进行分裂以维持正常功能的健康组织,这导致强烈的毒副作用,给患者身心都带来了极大的痛苦。因此,寻求新的安全有效的治疗肿瘤的方法是现在临床肿瘤学急需解决的一个重要课题。随着现代科学技术的迅速发展,纳米技术与生物医药的结合开拓了一个新的领域—纳米医学,已成为21世纪研究发展的最前沿。其研制开发的纳米载体能改善药物的溶解速率,增强药物的靶向性、缓释性、可控性、低毒性及智能性等,使诊断更精确,治疗更有效,体系更稳定,为广大患者带来了福音。其中,纳米基因靶向治疗(Genetherapy)逐渐成为肿瘤治疗研究的新热点。人体正常细胞因其调控基因发生突变或缺失而导致无限制的迅速分裂增长,成为肿瘤细胞。纳米载体能运送治疗基因进入肿瘤细胞,表达其缺失的调控产物,控制增殖。从癌症发病的源头上进行基因修正,对于治疗后天获得性和先天遗传性的疾病都有重大前景。并且,基因治疗可以避免化学药物的一些局限性,如生物利用率低、制造成本高和抵制耐药性等。基因传递的载体主要分为病毒类和非病毒载体类。病毒载体因可能会引起机体免疫应答而具有明显的局限性。而非病毒载体如阳离子脂质体,聚乙烯亚胺等虽然克服了免疫原性等问题,但其在体内循环时间短,在血清中不稳定,粒径分布较大,肿瘤组织富集率低等,也降低了临床应用价值。所以,研制结构简单,血清稳定性好、粒径范围较窄、具有特异靶向性的新型非病毒纳米载体是肿瘤基因治疗的关键最近,肿瘤微环境的特点也逐渐被发现。肿瘤细胞因其迅速的分裂增殖,其高速新陈代谢需要很多的氧,营养物质,气体交换和转移废物。但是肿瘤结构的异质性和肿瘤血管和毛细血管的分布减慢了肿瘤内外之间的能量交换。这导致肿瘤组织具有一些独特的特征:异常的肿瘤血管的内皮细胞间隙较大(200-700nm),肿瘤有相对较高的温度(T>37℃)以及相对较低的PH值(5~6)。因此,针对以上所提出的问题,我们首先合成具有温度响应性的高分子聚合物。以温度敏感型材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)为基础,通过与亲水性单体DMAAM共聚合形成PID118,再通过聚合物末端的氨解与转换,合成具有温敏性的PID118-PLA71两亲性嵌段聚合物。它在有机相和水相的转换中,能自组装形成具有规整核壳结构的高分子纳米泡囊。其无免疫原性,无细胞毒性,血清中稳定,可多次反复注射;可调节粒径大小和表面电荷,增强EPR效应;具有温度响应性,相变温度约在39℃左右,在正常37℃体温时稳定循环而在温度达到39℃的肿瘤部位解离,具有被动靶向功能;泡囊外壳可修饰连接各种功能性基团,增强其在体内循环时间,减少RES系统的清除,连接特异性抗体以增加主动靶向功能。这些优点使得高分子纳米泡囊在基因治疗肿瘤研究上具有巨大的潜力。我们利用鱼精蛋白将大分子质粒DNA进行缩合,减小其体积,然后在双靶向纳米泡囊的包裹下,转染进肿瘤细胞。与业内广泛使用的聚乙烯亚胺PEI进行比较,在改变细胞培养基内血清的实验条件下,我们看到在不含血清的细胞培养基中,PEI具有较高的转染效率,而在含血清的培养基中,PEI的转染效率几乎为零。这就很难将PEI真正应用到体内研究。而纳米泡囊在有无血清的情况下,都具有很高的转染效率且没有差异。这就说明纳米泡囊具有很强的血清稳定性,不会被血清蛋白干扰。我们又比较了不同温度下PEI和纳米泡囊的转染实验,可以看到在温度大于相变温度时,纳米泡囊的转染效率明显增加,证明有很好的温度响应性,而PEI在改变温度后,转染效率没有明显改变。我们又将纳米泡囊标记上荧光素后,在外壳连接上特异性抗体片段(FAB)和牛血清白蛋白(BSA),进行靶向和非靶向比较。结果显示靶向组(FAB组)的转染效率高于非靶组(BSA组),且温度大于相变温度的靶向组转染效率最高。这就证明了纳米免疫泡囊具有很好的温度被动靶向和抗体主动靶向的双重靶向功能。在体内实验中,我们构建荷瘤裸鼠模型来研究双靶向纳米免疫泡囊在体内的分布和抗肿瘤活性。活体成像和器官切片显示,双靶向纳米泡囊在肿瘤部位有明显的富集。而裸鼠肿瘤的体积也得到明显的抑制。本课题针对肿瘤临床治疗中的问题,围绕肿瘤微环境的特点,通过两亲性温度敏感型嵌段聚合物的合成及双靶向纳米泡囊的制备,体外细胞转染实验和体内抑瘤实验,我们发现:这种具有抗体主动靶向和温度被动靶向的纳米免疫泡囊在肿瘤的基因治疗中显示出强大的应用潜力,希望能够为临床肿瘤基因治疗提供有益的参考。
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