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湖北工業(yè)大學(xué)王小濤團(tuán)隊(duì) Biomacromolecules:近紅外光裂解納米微膠囊用于腫瘤治療
2023-05-11  來源:高分子科技

  納米醫(yī)學(xué)是生物醫(yī)學(xué)的一個相對較新的領(lǐng)域,開發(fā)可降解的高效藥物傳遞系統(tǒng)(DDS)成為一個熱門的研究課題。光刺激的DDS可遠(yuǎn)程激活、時間和空間高度精確。鄰硝基芐酯(ONB)給予一定光照后,可以發(fā)生不可逆光化學(xué)反應(yīng);在紫外光下,PONBDDS系統(tǒng)可發(fā)生降解,釋放藥物的同時,裂解產(chǎn)物被排出體外,既滿足了高效的控制釋放需求,同時具有較低的生物毒性。然而,ONB基團(tuán)只對紫外光敏感,且空間位阻較大。目前,主要通過膠束的方法構(gòu)建紫外光響應(yīng)的鄰硝基芐基DDS。而膠束結(jié)構(gòu)不牢固,且紫外光組織穿透性差,生物毒性大,限制了其在生物體的應(yīng)用。近紅外光對組織損傷小,穿透性強(qiáng)。稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子可利用近紅外光激發(fā)將能量上轉(zhuǎn)換而發(fā)出紫外光的特性可激發(fā)鄰硝基芐裂解實(shí)現(xiàn)控制釋放,有望解決光響應(yīng)DDS迫在眉睫的問題。


  近日,王小濤副教授課題組設(shè)計了一種可吸收稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子(UCNP)激發(fā)發(fā)出的紫外光的鄰硝基芐酯型交聯(lián)劑,結(jié)合模板法和蒸餾沉淀聚合法成功制備了pH/近紅外雙響應(yīng)的PONB@UCNP復(fù)合納米膠囊在腫瘤組織弱酸性環(huán)境下,同時用近紅光去激發(fā),測得藥物的釋放量達(dá)到了87.3%,實(shí)現(xiàn)了藥物在光照和pH下的控制釋放。并建立了光解動力學(xué)方程,探討了近紅外光降解速率。同時解決了控制釋放領(lǐng)域中藥物的快速釋放效率和釋放后給藥的低毒性兩個重要問題。當(dāng)近紅外照射釋放藥物時,PONB@UCNP納米膠囊具有足夠強(qiáng)的藥物遞送和降解能力。采用Baker-Lonsdale模型描述藥物釋放動力學(xué),量化體系的雙響應(yīng)藥物釋放行為。此外,負(fù)載阿霉素的納米膠囊對MCF-7的細(xì)胞毒性表明,負(fù)載的藥物對癌細(xì)胞具有有效的殺傷作用,并且在近紅外光下其效率顯著提高。這種NIR/pH雙響應(yīng)納米膠囊是一種很有前景的治療疾病的藥物。 


1a)納米膠囊的合成路線和(b)藥物在納米膠囊上的負(fù)載和釋放紫外光譜。


  納米膠囊在980 nm近紅外光輻照下聚合物殼層發(fā)生降解,隨著光照時間延長,聚合物的交聯(lián)點(diǎn)斷裂數(shù)量增加,聚合物層隨著交聯(lián)度下降先溶脹再溶解在溶劑中。利用吸光度隨時間的變化關(guān)系,得出近紅外光輻照下的降解動力學(xué)。 


2aUCNPs@PAMNBOC/MAA 納米膠囊的聚合物殼隨著光照時間的增加而發(fā)生的降解過程;(b)不同NIR照射時間后的DLS曲線;(cUCNPs@PAMNBOC/MAA納米膠囊粒徑隨光照時間的變化曲線。


  在納米膠囊中負(fù)載藥物后,模擬細(xì)胞pH 4.5的環(huán)境下,近紅外光照射實(shí)現(xiàn)了87.3%的藥物釋放量,通過體外光和內(nèi)部的病灶內(nèi)環(huán)境復(fù)合達(dá)到被動的靶向釋放。這種新型的復(fù)合納米粒子型的診療劑必將在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣闊的前景和未來。 


3 DOX-UCNPs@PAMNBOC/MAA 納米膠囊在不同攝入時間的CLSM圖像。從左到右:DOX熒光(紅色)、DAPI染色的細(xì)胞核(藍(lán)色)以及兩者的組合。


  通過細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)證明納米膠囊能夠被MCF-7細(xì)胞有效內(nèi)化,并通過添加不同的內(nèi)吞抑制劑研究其內(nèi)化機(jī)理,結(jié)果表明納米膠囊是通過小窩蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞中。進(jìn)一步,對納米膠囊處理MCF-7進(jìn)行了不同條件下的實(shí)驗(yàn)。沒有納米膠囊的對照組和NIR組呈現(xiàn)較高的細(xì)胞存活率,證明NIR照射對細(xì)胞是生物友好的。游離的DOX組呈現(xiàn)較少的細(xì)胞存活率,表明化療藥物產(chǎn)生了更大的細(xì)胞毒性。而空白納米膠囊及其光解副產(chǎn)物對MCF-7細(xì)胞具有低毒性。載藥后納米膠囊在近紅外光作用下呈現(xiàn)較低的細(xì)胞存活率,證明近紅外輻射刺激是控制DOX-UCNPs@PAMNBOC/MAA納米膠囊釋放DOX并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的有效方法。


  相關(guān)成果發(fā)表在Biomacromolecules(NIR-Cleavable and pH-Responsive Polymeric Yolk?Shell Nanoparticles for Controlled Drug Release),論文的第一作者為湖北工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院王小濤副教授,完成該論文的研究生為20級楊業(yè)彬,為該論文第二作者,第一單位為湖北工業(yè)大學(xué),通訊作者為王小濤副教授、Law Wing-Cheung教授、廖永貴教授。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c01404

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