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恶性肿瘤细胞离开原发部位,经体腔、血管和/或淋巴管等途径到达身体其它部位继续生长,称为肿瘤转移。研究表明,大部分结肠癌患者会发生肿瘤转移,这是导致患者死亡的首要原因。血管生成在肿瘤转移中发挥着至关重要的作用,目前抗血管生成疗法在结肠癌的治疗中逐渐发展起来,但是其脱靶效应导致了较多的毒性和副作用。 为在肿瘤治疗中减少脱靶效应引起的不良反应,实现药物的靶向递送,纳米给药系统介导的靶向治疗现已发展成为具有良好应用前景的治疗策略。目前临床上纳米给药系统用于肿瘤治疗的主要作用机制在于其通过EPR(enhanced permeation and retention)效应在体积较大、血管化良好的肿瘤组织内蓄积。然而,研究发现,体积小(<100 mm3)、血管化较差的肿瘤组织(如转移性结肠癌等)通过 EPR效应获得的肿瘤靶向作用显著受限。值得注意的是,肿瘤血管内皮细胞(EC)直接暴露在血液循环中,它们比肿瘤细胞特别是高间质压力包围下的深部肿瘤实质细胞更容易暴露在药物的作用之下。因此纳米给药系统介导的肿瘤血管内皮细胞靶向抗血管生成治疗可能是治疗结肠癌及其转移性肿瘤的有效策略。 本研究以PEG-PLA高分子聚合物为载体材料制备纳米粒,装载具有高活性抗血管生成作用的化疗药物长春新碱(vincristine,VCR),并将F56多肽修饰在纳米粒的表面,构建了一种新型肿瘤血管靶向给药系统— Flt-1靶向长春新碱隐形纳米粒(F56-VCR-NP)。通过F56多肽与肿瘤血管内皮细胞表面高表达的 Flt-1(VEGFR-1)受体之间特异性的相互作用,实现纳米粒对结肠癌肿瘤血管内皮细胞的主动靶向,借助长春新碱的高活性抗血管生成作用,实现对结肠癌及其肺转移性肿瘤的靶向抗血管生成治疗。 采用乳化-溶剂挥发法制备装载VCR的隐形纳米粒(VCR-NP),通过聚合物材料末端醛基(-CHO)与F56多肽末端氨基(-NH2)之间的共价结合将F56多肽连接到VCR-NP表面,制得装载VCR的主动靶向隐形纳米粒(F56-VCR-NP)。F56-VCR-NP的载药量为1.9%,包封率为21.4%。透射电镜(TEM)下观察到纳米粒大小均匀,外观圆整,无粘附、聚集现象。Malvern Zetasizer Nano ZS纳米粒度及Zeta电位分析仪测得F56-VCR-NP粒径为153 nm,Zeta电位为-20.8 mv。X-射线光电子能谱(XPS)和CBQCA试剂盒分析证明纳米粒表面多价连接F56多肽。体外释放实验表明制备的隐形纳米粒具有良好的缓释特性。SD大鼠药动学实验结果表明,隐形纳米粒体内具有良好的长循环特性。 采用香豆素6(coumarin6)作为荧光探针标记纳米粒,激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)下观察纳米粒对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的靶向性。结果表明,F56多肽可通过与HUVEC表面高表达的 Flt-1受体特异性结合介导纳米粒内吞进入血管内皮细胞,该内化过程需要消耗能量(ATP),并且细胞膜小窝(caveolae)可能参与了这一过程。通过CCK-8细胞增殖实验、Transwell细胞迁移实验和Matrigel毛细小管形成实验研究F56-VCR-NP对HUVEC增殖、迁移和小管形成的影响。实验结果表明,与VCR和VCR-NP相比,F56-VCR-NP对HUVEC增殖(VCR浓度范围为1-100 nM)、迁移(VCR浓度范围为10-4-100 nM)和毛细小管形成(VCR浓度范围为0.01-100 nM)的抑制作用显著增强。 以DiR作为荧光探针标记纳米粒,荷HCT-15结肠癌的BALB/c裸鼠为动物模型,采用小动物活体成像技术(Xenogen)考察隐形纳米粒对肿瘤组织的靶向性。给药96 h后解剖裸鼠,小动物活体成像仪下观察各组织内的荧光强度。实验结果显示,尾静脉给药后3 h,游离DiR和未经多肽修饰的DiR标记的NP(DiR labeled NP)在肿瘤组织中只有较少蓄积,而DiR标记的F56-NP(DiR labeled F56-NP)已在肿瘤组织中有大量蓄积。直到给药后96 h时,DiR labeled F56-NP组中裸鼠肿瘤部位仍有大量的纳米粒滞留。并且,该效应可被游离F56多肽阻断。这一结果提示,F56多肽修饰可显著增强纳米粒对HC T-15肿瘤组织的靶向性。 以香豆素6为荧光探针标记 F56-VCR-NP(coumarin6 labeled F56-VCR-NP),荷HCT-15结肠癌细胞的BALB/c裸鼠为动物模型,评价纳米粒对结肠癌肿瘤血管的靶向性及其抗血管生成作用。尾静脉给药后2 h和48 h,取肿瘤组织,切片,进行免疫组化和免疫荧光染色。结果显示,和VCR-NP相比,给药后2 h和48 h时F56-VCR-NP在HCT-15肿瘤组织的积聚显著增加,在48 h时F56-VCR-NP可诱导更多的肿瘤血管内皮细胞凋亡,引起肿瘤组织大面积坏死,且这一作用可被游离F56多肽所阻断。实验结果提示,F56多肽修饰能够实现纳米粒对HCT-15肿瘤组织中血管内皮细胞的靶向性,引起肿瘤血管内皮细胞凋亡,促进肿瘤组织的坏死。 Balb/c小鼠尾静脉注射CT-26.WT细胞建立结肠癌肺转移模型,探讨 F56-VCR-NP对结肠癌肺转移性肿瘤血管的靶向性和抗血管生成作用,评价其抗肿瘤效应。结果表明,和VCR-NP相比,F56-VCR-NP可快速(给药后2 h)准确靶向结肠癌肺转移肿瘤的血管内皮细胞,并诱导肿瘤血管内皮细胞凋亡,并且这一作用可被游离 F56多肽阻断。与Control、NP、F56-NP、VCR和VCR-NP等处理组小鼠相比,F56-VCR-NP治疗组小鼠的生存期显著延长(中位生存期为55天)。治疗过程中,VCR和VCR-NP处理组小鼠体重出现不同程度减轻和饮食饮水量的减少,F56-VCR-NP组未出现显著体重减轻、饮食饮水下降等毒性。肺转移肿瘤组织的H&E染色结果显示,与Control、VCR和VCR-NP等处理组相比,F56-VCR-NP使小鼠肺部转移灶面积显著减小。免疫组化结果显示,与Control等对照组相比,F56-VCR-NP处理组肿瘤组织微血管密度显著减少,肿瘤细胞增殖显著减少,肿瘤细胞凋亡显著增加。 本研究首次构建了肿瘤血管Flt-1受体靶向的F56多肽修饰的长春新碱(VCR)隐形纳米粒(F56-VCR-NP),评价了F56-VCR-NP结肠癌肿瘤血管靶向性和抗血管生成活性,探讨了其对结肠癌及其肺转移肿瘤的靶向抗血管生成治疗作用和机制。本研究为纳米给药系统抗血管生成治疗结肠癌及其肺转移性肿瘤提供了新的思路和理论依据。