浙江大學(xué)計(jì)劍、王幽香團(tuán)隊(duì) ACS Nano：通過級(jí)聯(lián)觸發(fā)一氧化氮釋放和類芬頓反應(yīng)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的經(jīng)皮化學(xué)動(dòng)力學(xué)療法
化學(xué)動(dòng)力療法（Chemodynamic therapy,CDT）是一種極具前景的新型腫瘤治療方法。這種療法利用芬頓（類芬頓）反應(yīng)將腫瘤中的雙氧水（H2O2）轉(zhuǎn)化為高毒性的羥基自由基（?OH）用于特異性殺死腫瘤細(xì)胞。然而，腫瘤內(nèi)芬頓（類芬頓）反應(yīng)的有效性受到了H2O2水平不足和還原型谷胱甘肽（GSH）大量存在的限制，這也是基于芬頓（類芬頓）反應(yīng)CDT低效的兩大重要原因。因此，迫切需要能夠突破這些限制的策略來實(shí)現(xiàn)CDT的高效應(yīng)用。
近期，浙江大學(xué)高分子系計(jì)劍、王幽香團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種胞內(nèi)pH激活的級(jí)聯(lián)響應(yīng)性藥物載體P-NO-CA@Fe，用于實(shí)現(xiàn)肉桂醛（CA）和一氧化氮（NO）增強(qiáng)的CDT。該團(tuán)隊(duì)利用可溶解微針（Microneedle，MN）透皮遞送該藥物探索了其在惡性黑色素瘤治療上的應(yīng)用（圖1）。
圖1. 微針貼片透皮遞送P-NO-CA@Fe藥物載體用于黑色素瘤治療的級(jí)聯(lián)策略示意圖。
級(jí)聯(lián)響應(yīng)性藥物P-NO-CA@Fe基于聚酰胺胺（PAMAM）樹枝狀聚合物進(jìn)行制備，其表面鍵接了H2O2增強(qiáng)劑CA和NO供體精氨酸（Arg），同時(shí)利用配位作用負(fù)載了類芬頓反應(yīng)催化劑鐵離子。藥物被癌細(xì)胞內(nèi)化后，CA和鐵離子能夠響應(yīng)胞內(nèi)酸性環(huán)境釋放。釋放的CA隨后增強(qiáng)了內(nèi)源性H2O2的產(chǎn)生，并氧化Arg生成具有GSH消耗能力的NO。這一系列反應(yīng)為鐵離子最大限度地發(fā)揮CDT的毒性從而放大細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激創(chuàng)造了有利條件。材料表征結(jié)果表明，前藥復(fù)合物成功通過合成和配位作用進(jìn)行制備。體外模擬釋放實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CA，鐵離子的酸響應(yīng)釋放，以及NO的H2O2響應(yīng)釋放（圖2）。
圖2. P-NO-CA@Fe藥物載體的制備和表征。
體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，P-NO-CA@Fe藥物載體能夠高效地在細(xì)胞內(nèi)釋放NO消耗GSH，并觸發(fā)?OH的生成。這極大地增強(qiáng)了細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，抑制了谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的表達(dá)，從而通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和鐵死亡的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的高效殺滅（圖3和圖4）。
圖3. P-NO-CA@Fe藥物載體在細(xì)胞內(nèi)觸發(fā)NO釋放和?OH生成，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的放大。
圖4. P-NO-CA@Fe藥物載體介導(dǎo)的細(xì)胞毒性、細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞鐵死亡。
這些P-NO-CA@Fe藥物載體進(jìn)一步被封裝至水溶性的聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）基質(zhì)中用于制備成微針貼片。所制備的貼片為10*10的微針陣列，針體為圓錐形，其高度和間距都為1000 μm，底邊直徑為450 μm。通過觀察熒光標(biāo)記的前藥復(fù)合物和元素分析發(fā)現(xiàn)，前藥復(fù)合物均一地分布在針體內(nèi)。力學(xué)壓縮實(shí)驗(yàn)表明微針具有足夠的強(qiáng)度刺入皮膚，這在組織學(xué)分析中得到進(jìn)一步驗(yàn)證。在作用5分鐘后，超過80%的藥物能夠被遞送至體內(nèi)（圖5）。
圖5. 負(fù)載P-NO-CA@Fe藥物載體的微針的表征
體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載P-NO-CA@Fe MNs能夠有效抑制A375黑色素瘤荷瘤小鼠的腫瘤生長，驗(yàn)證了其通過細(xì)胞凋亡和鐵死亡抑制腫瘤生長的路徑（圖6）。
圖6. 體內(nèi)腫瘤治療效果以及機(jī)制驗(yàn)證。
以上研究成果以“Enhanced Transcutaneous Chemodynamic Therapy for Melanoma Treatment through Cascaded Fenton-like Reactions and Nitric Oxide Delivery”為題發(fā)表于《ACS Nano》。浙江大學(xué)博士生余偉江、博士后賈凡博士為文章的共同第一作者，浙江大學(xué)計(jì)劍教授、王幽香副教授為本文的共同通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金，浙江省自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02964
