【Carbohydrate Polymers】二硒化物触发的羟乙基淀粉偶联物纳米颗粒级联药物释放特性增强化学光动力治疗-武汉华科大生命科技有限公司

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【Carbohydrate Polymers】二硒化物触发的羟乙基淀粉偶联物纳米颗粒级联药物释放特性增强化学光动力治疗

发布日期:2023-03-21 浏览次数:1075
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       PDT 通常利用光敏剂和匹配的光涂抹器在靶肿瘤中产生活性氧 (ROS),这会对肿瘤细胞的 DNA、蛋白质或脂质造成损害,从而导致它们的死亡。由于其优势,包括侵入最小、副作用少、耐药性可忽略不计和位点选择性治疗,PDT 的基础研究和临床转化投入了巨大的努力。尽管有上述优点,但PDT相关的抗肿瘤治疗在提高治疗效果方面仍然面临挑战,因为在许多情况下,所采用的纳米载体,光敏剂和微环境相关的光动力学并没有协同增强PDT功效。几项研究表明,与低PDT功效相关的主要因素之一是肿瘤细胞中的谷胱甘肽(GSH)水平通常远高于正常细胞,并且这些GSH分子会消耗光敏剂产生的ROS,导致PDT功效显着降低。为了克服这一障碍,必须开发新的策略来提高肿瘤细胞中的ROS水平,以提高PDT疗效,同时减少不必要的副作用。

       羟乙基淀粉(HES)是一种支链淀粉衍生物,多年来一直被用作血浆扩容剂。尽管羟乙基取代可能发生在支链淀粉中葡萄糖基单元的C-2或C-6位点上,但羟乙基取代主要发生在C-2位点。HES的溶解度和降解速率主要取决于其链结构,分子量和羟乙基取代度。HES具有几个优点,包括高水溶性,出色的体内安全性,可调节的降解性和化学可改性的多功能性。特别是,HES具有较高的日胃肠外耐受剂量,并且在大多数可以静脉内给药的生物聚合物中尚未发现HES的这一特征。HES的上述优点使其成为一种有吸引力的材料,可用作面向肿瘤的诊断和治疗剂递送的纳米载体。许多研究表明,与HES共聚物相比,HES偶联物更适合构建抗肿瘤纳米药物,因为支链HES分子本身的行为类似于微球,并且其共聚物只能用于产生不适合静脉给药的大NP。鉴于HES的这些特性,探索具有所需结构和性质的新型HES偶联物来构建适合抗肿瘤治疗的多功能纳米药物是合理的。

       二硒化物键缀合聚合物因其特殊性质而在药物输送系统中引起了越来越多的关注:(1)对几种不同刺激的反应性;(2)来自二硒键裂解的独特生物功能。有机硒化合物中的硒(Se)原子具有特殊的电负性和原子半径,这使二硒键具有动态特性,并使它们对氧化和还原刺激作出反应。

       考虑到这些因素,华中科技大学生命科学与技术学院杨祥良教授组上的研究者尝试使用双烯酰胺桥接的阿霉素(DOX)-羟乙基淀粉缀合物(HES-SeSe-DOX)和氯素E6 (Ce6)构建新型自组装NPs,所获得的NPs (HES-SeSe-DOX/Ce6)用于化学光动力抗肿瘤治疗。HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs中的Ce6分子可以作为显像剂,关键是作为光敏剂用于实现PDT,并通过诱导的1O2协助二硒化物键的裂解。HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs一旦被肿瘤细胞内吞,细胞内GSH、H2O2和Ce6诱导的1O2可以分两步触发其作用,因为PDT的激光照射通常是在静脉给药后在规定的时间进行,这会导致DOX和Ce6级联释放,抑制肿瘤细胞的生长。在这些过程中,内在化的HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs会由于二硒化物键的裂解而消耗GSH,从而导致ROS水平升高。此外,二硒化物键原位氧化产生的亚硒酸也能促进ROS的大量生成。

       3T3细胞用不同量的HES培养,评估细胞活力。当HES剂量从10 μg/mL增加到1000 μg/mL时,3T3细胞培养48h后存活率高于92%,差异不显著,证实HES对正常细胞基本无毒。在无激光照射的游离Ce6组,当Ce6浓度从0.01增加到10 μg/mL时,细胞活力保持在83%以上,表明游离Ce6对HepG2细胞几乎无毒。当DOX或Ce6剂量达到1 μg/mL或以上时,经HES-SeSe-DOX/Ce6NPs或游离Ce6处理的HepG2细胞在激光照射下的存活率明显低于其他组。使用DCFH-DA法评估细胞内ROS的生成。与其他组相比,Ce6组和HES-SeSe-DOX/Ce6组的荧光强度要强得多。

       进一步研究HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs,以评估其在体内的性能。游离DOX组的DOX血药浓度迅速下降,12 h时达到0.04 μg/mL左右的检出限,游离Ce6组的Ce6血药浓度也出现类似情况。HES-SeSe-DOX/Ce6组的DOX血药浓度在注射后4 h内迅速下降,之后继续缓慢下降,直到48 h仍可检测到0.85 μg/mL的DOX。HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs能够显著延长负载DOX和Ce6的循环,通过EPR效应促进DOX和Ce6的肿瘤积累,从而增强其药理活性。

 

       为了进行体内评估,将不同制剂的h22荷瘤小鼠静脉注射,并将这些小鼠的肿瘤部位按照指定的时间表暴露在激光照射下。随着治疗时间延长至14天,PBS组、PBS组和Ce6组的肿瘤体积以相似的趋势逐渐增加,但无显著差异,表明所应用的药物对抑制肿瘤生长无效。在这些组中,HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs联合激光照射抑瘤效果最高。切除肿瘤的图像和平均肿瘤重量进一步证实,与所有其他应用药物相比,HES-SeSe-DOX/Ce6 NPs联合激光照射具有明显更高的肿瘤生长抑制作用。