智能納米藥物用于動態(tài)磁共振成像

為實現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)診療，開發(fā)腫瘤微環(huán)境（TME）刺激響應(yīng)性成像診斷和藥物遞送的智能納米藥物至關(guān)重要。然而，由于腫瘤部位復(fù)雜的生理和病理障礙，實現(xiàn)納米藥物的高效腫瘤遞送仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。因此，在開發(fā)新型智能診療納米平臺時，需要考慮多種障礙，主要包括免疫清除、網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）引起的滯留效應(yīng)、高間質(zhì)液壓力、血管滲漏和淋巴引流不良等。

為了克服免疫和RES器官清除，由于癌細(xì)胞膜（CCM）上存在免疫片段、抗原和膜錨蛋白，多種CCM包裹的仿生納米平臺被賦予了免疫逃逸和同源腫瘤靶向能力。為了實現(xiàn)精準(zhǔn)的成像診斷、有效的腫瘤給藥和降低全身毒副作用，設(shè)計TME（酸性pH、過量谷胱甘肽（GSH）等）刺激響應(yīng)性釋放藥物的智能納米藥物尤為關(guān)鍵。

對于納米藥物的開發(fā)來說，傳統(tǒng)合成方法存在諸多缺陷，在重復(fù)性制備相同理化性質(zhì)和足夠數(shù)量的高質(zhì)量納米平臺方面顯得力不從心。特別是不同批次的納米平臺差異較大，這嚴(yán)重阻礙了其臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

相比之下，微流控技術(shù)能夠通過在微米尺度空間操控微流體進(jìn)行反應(yīng)，可以精確控制納米平臺的合成過程，包括成核、生長和聚集。微流控作為一種很有前途的技術(shù)，具有試劑損耗低、可控制備和一步合成等特點，在合成高質(zhì)量納米平臺方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，能極大助力納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化。

為了制備高質(zhì)量的納米平臺，用于克服TME的生理屏障，實現(xiàn)納米藥物的高效靶向遞送、腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的藥物釋放、動態(tài)磁共振成像和腫瘤的聯(lián)合治療，東華大學(xué)史向陽教授團(tuán)隊基于微流控技術(shù)開發(fā)了CCM包覆的負(fù)載順鉑的聚多巴胺超小氧化鐵納米團(tuán)簇（FDPC NCs）用于腫瘤微環(huán)境刺激響應(yīng)的動態(tài)磁共振成像導(dǎo)引的腫瘤聯(lián)合治療（圖1）。

研究團(tuán)隊首先利用含有二硫鍵的胱胺（Cys）將超小鐵（Fe?O?）交聯(lián)，得到GSH響應(yīng)的Fe?O?納米團(tuán)簇（Fe?O? NCs）。隨后以Fe?O? NCs、多巴胺鹽酸鹽（DA）、順鉑和CCM為原料，基于微流控方法合成了尺寸均一的FDPC NCs。

為了比較，研究團(tuán)隊通過傳統(tǒng)的濕化學(xué)法制備了FDPC NCs的類似物（NFDPC NCs）。對比發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)DPC NCs展現(xiàn)出更好的尺寸均一性、膠體穩(wěn)定性和TME響應(yīng)藥物釋放性能。同時，F(xiàn)DPC NCs還具有良好的光熱性能、GSH觸發(fā)的動態(tài)T?/T? MR成像性能和羥基自由基（·OH）生成能力。

圖1 （A）FDPC的微流控制備；（B）NFDPC的非微流控制備；（C）用于動態(tài)T?/T? MR成像導(dǎo)引的腫瘤光熱-化學(xué)-化學(xué)動力學(xué)三模態(tài)聯(lián)合治療的示意圖。 研究結(jié)果表明，相比于NFDPC NCs，由于良好的尺寸均一性，F(xiàn)DPC NCs的癌細(xì)胞攝取量更高，從而抗腫瘤效果更明顯。

一方面，在近紅外光照下，由于光熱治療-化療-化學(xué)動力學(xué)治療聯(lián)合治療的優(yōu)勢，F(xiàn)DPC NCs表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性；另一方面，由于TME響應(yīng)的特異性藥物釋放，F(xiàn)DPC NCs對正常L929細(xì)胞的毒副作用幾乎可以忽略。同時，F(xiàn)DPC NCs具有良好的TME調(diào)控能力（圖2），一方面，二硫鍵的斷裂能夠消耗癌細(xì)胞內(nèi)的GSH，降低癌細(xì)胞的抗氧化能力，有助于使癌細(xì)胞對藥物和活性氧（ROS）敏感；另一方面通過超小鐵介導(dǎo)的芬頓反應(yīng)生成ROS，進(jìn)一步消耗GSH和促進(jìn)脂質(zhì)過氧化物的積累，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。

圖2 （A）不同材料處理的細(xì)胞活力檢測結(jié)果；（B）不同方式處理后細(xì)胞內(nèi)GSH水平變化情況；（C-D）不同方式處理后細(xì)胞內(nèi)ROS水平變化情況。 隨后，研究團(tuán)隊研究了FDPC NCs在小鼠乳腺癌4T1皮下瘤模型中的動態(tài)T2/T1 MR成像性能以及熱成像性能。

結(jié)果表明，該材料能夠在腫瘤部位聚集，并且具有良好的動態(tài)T?/T? MR成像和熱成像效果（圖3）。抗腫瘤活性結(jié)果表明，在近紅外光照下，F(xiàn)DPC NCs處理的小鼠腫瘤體積最小，相應(yīng)的腫瘤切片中凋亡和壞死的癌細(xì)胞最多，即表現(xiàn)出最強(qiáng)的腫瘤抑制效果。

從治療過程中小鼠體重變化和治療結(jié)束后小鼠主要臟器的HE切片中，可以發(fā)現(xiàn)FDPC NCs的毒副作用幾乎可以忽略，而單獨化療藥順鉑則表現(xiàn)出較強(qiáng)的毒副作用。另外，從肝臟的HE切片中可以觀察到，F(xiàn)DPC NCs的治療明顯抑制了4T1癌細(xì)胞的肝轉(zhuǎn)移（圖4）。

圖3 （A）尾靜脈注射不同材料后小鼠體內(nèi)動態(tài)T?/T? MR成像；（B-C）尾靜脈注射不同材料后腫瘤部位T?和T? MR信噪比；（D-E）尾靜脈注射不同材料后小鼠體內(nèi)熱成像及對應(yīng)腫瘤部位溫度變化。

圖4 （A）小鼠體內(nèi)治療過程示意圖；（B-C）治療14天內(nèi)小鼠腫瘤體積及體重變化曲線；（D）治療第14天腫瘤照片；（E）治療第14天腫瘤切片的HE和TUNEL染色結(jié)果；（F）治療第14天主要臟器切片的HE染色結(jié)果。 簡言之，該研究設(shè)計的FDPC納米平臺的主要優(yōu)勢在于以下幾個方面：

1）與傳統(tǒng)濕化學(xué)方法制備的類似物相比，基于微流控的方法制備的FDPC納米平臺具有更好的均一性、膠體穩(wěn)定性和TME刺激藥物釋放性能；

2）通過二硫鍵的斷裂消耗GSH和基于超小鐵介導(dǎo)的ROS生成，調(diào)控腫瘤微環(huán)境，降低癌細(xì)胞的抗氧化能力，促使癌細(xì)胞對藥物和ROS敏感，減少毒副作用；

3）FDPC納米平臺具有良好的同源靶向性能、光熱性能和GSH響應(yīng)的MR成像性能，可用于靶向腫瘤GSH響應(yīng)的動態(tài)T?/T? MR成像和聯(lián)合治療。




審核編輯：劉清