我校在新型近紅外染料和納米藥物遞送系統(tǒng)研究取得新進(jìn)展
近日，藥學(xué)院朱維平教授課題組在新型近紅外染料和納米藥物遞送系統(tǒng)的前沿基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中取得了重要進(jìn)展，相關(guān)階段性研究成果分別發(fā)表在《Bioactive Materials》和《Acta Biomaterialia》。
惡性腫瘤是嚴(yán)重危害人類健康的一類疾病。化療是目前治療癌癥最有效的手段之一，但是化療藥物存在毒副作用大、易產(chǎn)生耐藥性等不足。與傳統(tǒng)單一治療手段相比，基于納米材料的多模態(tài)聯(lián)合治療納米藥物遞送系統(tǒng)具有靶向、可控釋放等特點(diǎn)，能夠提高藥物穩(wěn)定性和生物利用度，對(duì)增強(qiáng)癌癥治療效果具有重大意義。其中生物可降解納米二氧化硅具有孔徑大小可調(diào)、易于修飾、生物相容性好等特點(diǎn)，作為納米載體在熒光、磁共振、光聲成像以及多模態(tài)聯(lián)合治療等腫瘤診療領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
光療法具有時(shí)空精度高、操作簡單、特異性高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是各種腫瘤消融的新興治療方法。有機(jī)光治療試劑如卟啉、酞菁、氟硼吡咯、菁染料及其衍生物等，因其具有易修飾、光物理和光化學(xué)性質(zhì)可調(diào)、固有的生物降解性和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛青睞。基于近紅外光激發(fā)的光治療試劑由于具有更深的組織穿透深度，可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的光治療效果。基于此，作者利用染料整合策略，通過模仿菁染料聚甲川鏈體系，設(shè)計(jì)并合成了一種新型近紅外染料ML 880。以商業(yè)化的新吲哚菁綠IR820作為參照，通過密度泛函理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)：ML 880中萘酰亞胺片段的引入可以增強(qiáng)電子離域，使得ML880波長發(fā)生紅移。同時(shí)ML 880在體外和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的光動(dòng)力和光熱效果。由于納米裝載策略可以提高染料的穩(wěn)定性，腫瘤靶向性以及提供聯(lián)合治療場所，作者進(jìn)一步針對(duì)腫瘤微環(huán)境中高水平活性氧，構(gòu)建了一種光熱/活性氧雙響應(yīng)的可降解藥物遞送系統(tǒng)NBD&ML@RMON，用于880 nm激光和活性氧輔助的肝癌聯(lián)合治療。利用相變材料月桂酸和硬脂酸作為熱響應(yīng)開關(guān)，將近紅外染料ML 880和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶抑制劑（NBDHEX）共同裝載到可降解介孔氧化硅納米粒子RMON中。在880 nm激光照射下，ML 880的光熱效應(yīng)可以融化相變材料，使裝載的ML 880和NBDHEX釋放，不僅可以實(shí)現(xiàn)光熱/光動(dòng)力/化療的聯(lián)合治療，而且可以實(shí)現(xiàn)治療試劑在腫瘤區(qū)域的按需釋放。該工作以題為“Engineering naphthalimide-cyanine integrated near-infrared dye into ROS-responsive nanohybrids for tumor PDT/PTT/chemotherapy”的研究性文章發(fā)表于《Bioactive Materials》。
圖片說明：小分子紅外染料ML880的合成路線以及納米藥物遞送系統(tǒng)NBD&ML@RMON的制備過程及作用機(jī)制
近年來，金納米棒（GNRs）在CT/光聲/光熱成像方面受到研究者較多的關(guān)注，通過調(diào)節(jié)其長徑比，可以制備出不同縱向等離子體共振（LPSR） 吸收波長的GNRs。GNRs在與其吸收波長匹配的激光照射下具有明顯的光熱效應(yīng)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。由于GNRs比表面積較小，不利于藥物裝載及化學(xué)修飾，而介孔氧化硅具有多孔結(jié)構(gòu)，可作為負(fù)載藥物的載體。基于此，作者針對(duì)腫瘤細(xì)胞內(nèi)高濃度谷胱甘肽（GSH），設(shè)計(jì)了可降解氧化硅包覆的金納米棒作為藥物載體，同時(shí)裝載藥物化療DOX和近紅外染料IR820，并在納米顆粒表面修飾透明質(zhì)酸（HA），靶向CD44受體過表達(dá)的腫瘤細(xì)胞。納米藥物?IR&DOX@NC經(jīng)尾靜脈注射進(jìn)入荷瘤鼠，通過主動(dòng)靶向和被動(dòng)靶向在腫瘤區(qū)域積累，并經(jīng)受體介導(dǎo)的“內(nèi)吞”方式進(jìn)入細(xì)胞。在細(xì)胞內(nèi)透明質(zhì)酸酶和GSH作用下，HA和氧化硅殼層降解，實(shí)現(xiàn)藥物釋放。在808 nm激光照射下，IR820 產(chǎn)生單線態(tài)氧殺滅腫瘤細(xì)胞；GNRs 產(chǎn)生光熱效應(yīng)，升高腫瘤部位溫度致使腫瘤細(xì)胞死亡。這種透明質(zhì)酸酶/GSH雙響應(yīng)的納米藥物遞送系統(tǒng)IR&DOX@NC在近紅外光照下實(shí)現(xiàn)了腫瘤的化療/光動(dòng)力/光熱聯(lián)合治療。相關(guān)工作以題為“Dual-responsive nanohybrid based on degradable silica-coated gold nanorods for triple-combination therapy for breast cancer”發(fā)表于《Acta Biomaterialia》。
圖片說明：納米藥物IR&DOX@NC的制備及其在腫瘤區(qū)域作用機(jī)制
上述工作由博士研究生金彤霞、程迪、碩士研究生計(jì)越佳等完成，得到了我校錢旭紅院士、朱維平教授和華東師范大學(xué)孫海濤教授的悉心指導(dǎo)，并得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科技重大專項(xiàng)等資金支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.12.009
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.04.006
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