作者:董文飞等 来源:《应用材料与界面》 发布时间:2018/2/8 15:12:03
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治疗肝癌的多功能纳米载药系统研究获进展

 

光热治疗是一种利用光敏剂吸收近红外光,并将光能转化为热能,进而杀死肿瘤细胞的物理治疗模式,具有简易可控的治疗模式和极高的生物安全性,是目前相关研究领域的热点问题。其光敏剂包括金纳米材料、硫化铜、碳点以及一些有机的近红外光染料。其中,吲哚箐绿(ICG)由于其高的光热转化效率、低的细胞毒性以及出色的近红外光成像效果,而具有极大的临床转化潜力。但ICG在体内易被降解,并且在治疗癌症的过程中缺少对肿瘤组织的特异性。因此,它的临床应用受到限制。此外,光热治疗虽然是一种安全有效的肿瘤治疗模式,但单一的光热治疗不足以完全地消灭肿瘤组织。光热治疗应结合其他治疗模式,通过多种治疗模式的协同作用,提高对肿瘤组织的杀伤。近些年来,科学家们发现了光热治疗的热效应可以促进银纳米材料释放银离子。而银离子在细胞内可以产生活性氧自由基,并通过线粒体凋亡途径诱导细胞凋亡。因此,银纳米材料协同光热治疗将是一种高效安全的肿瘤治疗策略。但相关研究面临难题和挑战,一是如何将光敏剂ICG和银纳米材料同时输送到肿瘤组织以增加癌症的治疗效果,二是如何开发一种开关去调控银离子的释放与ICG的剂量以增加治疗的安全性,三是如何提高其对肿瘤组织的靶向性并增强其在体内环境的稳定性。
 
近日,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所检验室研究员董文飞课题组的王政等研究人员开发了一种叶酸多聚物修饰的Janus型银介孔二氧化硅纳米平台,并用于肝癌的协同治疗,有效解决了以上的3个难题。该纳米平台由银纳米球和介孔二氧化硅棒两部分组成,并且两部分在功能上互不干涉,可以极大地发挥银纳米球的离子释放功能以及介孔二氧化硅的药物运载工作。此外,Janus型银介孔二氧化硅纳米载体展现了极好的ICG运载能力,可以在近红外的刺激下响应性地持续释放ICG并产生极好的热效应。热效应不仅可以用于抑制肿瘤组织的生长,还可以进一步促进了银球释放银离子,从而提高该载药系统对肿瘤细胞的杀伤作用。在该纳米平台中,叶酸多聚物修饰在纳米载体表面,用于提高其生物稳定性和对肿瘤组织的靶向性。
 
研究人员通过实验,在细胞和动物水平上研究了该纳米平台对肝癌的治疗效果并对其生物安全性进行了评价。实验结果显示,Janus型银介孔二氧化硅纳米载体具有均一的形貌和极好的稳定性。载药后的纳米粒子不仅展现了高的药物担载能力,且呈现了近红外光响应性ICG释放的特点。在细胞实验中,Janus型银介孔二氧化硅纳米载药系统对人肝癌细胞的抑制率明显高于相同规格的介孔二氧化硅纳米载药系统,证明了银离子在该体系中起到了补充光热治疗杀死效果的作用。在动物水平,该纳米载药系统展现了极好的对肿瘤的抑制效果。通过HE染色和检测血清生化学指标,科研人员发现该纳米载药系统具有极高的生物安全性。据此,研究人员认为Janus银介孔二氧化硅纳米载药系统是一种高效安全的抗肿瘤纳米平台。
 
相关研究成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces.上。(来源:中科院苏州生物医学工程技术研究所
 
 
图1.构建Janus型银介孔二氧化硅纳米载药平台用于实现近红外调控的肝癌的化疗光热协同治疗示意图。
 
 
图2.Janus银介孔二氧化硅纳米粒子的细胞内吞和细胞毒性分析。
a,共聚焦分析3h后SMMC-7721细胞对叶酸修饰的银介孔二氧化硅纳米粒子和银介孔二氧化硅纳米粒子的内吞;
b,流式细胞仪定量分析细胞对纳米粒子的摄入行为;
c,纳米粒子对SMMC-7721细胞的细胞毒性;
d,纳米粒子对SMMC-7721细胞的细胞毒性。
 
结果表明,银介孔二氧化硅纳米粒子可以进入细胞,通过表明在载体表面修饰叶酸,可以增加肿瘤细胞对纳米粒子的摄入行为。该纳米载药系统的细胞毒性呈剂量依赖性,安全剂量为50μg/mL。
 
 
 
 
图3.体内水平评价该载药系统的抗肿瘤作用效果。
a,肿瘤生长曲线;
b,肿瘤照片;
c,肿瘤重量;
d,TUNEL荧光染色照片;
e,定量分析肿瘤组织中细胞的凋亡率。
 
实验结果表明,该纳米载药系统具有极好的抗肿瘤效果。
 

 

 
 
 
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