可胞內(nèi)活化的蛋白質(zhì)與化療藥劑的聯(lián)合使用被認為是一種極具前景的協(xié)同抗癌策略。然而，目前依舊缺乏理想的納米載體用以將兩種物化性質(zhì)截然不同的藥物遞送到腫瘤細胞內(nèi)并進行可控的胞內(nèi)釋放，嚴重阻礙了這類聯(lián)合治療策略的進一步生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化。
針對這一問題，中科院長春應(yīng)化所的陳學(xué)思院士和肖春生副研究員等人精心設(shè)計了mPEG-b-PGCA-b-PGTA三嵌段共聚物，并以此構(gòu)建多級合作的藥物遞送納米平臺。基于此平臺，研究實現(xiàn)了親水性核糖核酸酶A（RNase A）和疏水性化療藥物DOX的高效胞內(nèi)共遞送，在體外和體內(nèi)實驗中都取得了良好的協(xié)同抗癌效果。相關(guān)工作以“A Multistage Cooperative Nanoplatform Enables Intracellular Co-Deliveryof Proteins and Chemotherapeutics for Cancer Therapy”為題發(fā)表在Advanced Materials。
藥物遞送納米平臺的構(gòu)建
在這一工作中，基于三嵌段共聚物的可多級合作的藥物遞送平臺具有多刺激響應(yīng)釋藥的特點。這其中，mPEG鏈段為共聚物提供了親水結(jié)構(gòu)，并且能夠幫助納米平臺躲避系統(tǒng)的免疫識別；中間的PGCA鏈段含有鄰苯二酚單元，可以與苯硼酸改性蛋白質(zhì)進行pH值可逆的共價結(jié)合，形成動態(tài)鎖定膠束；而末端的PGTA鏈段則含有可質(zhì)子化的叔胺側(cè)鏈，可實現(xiàn)pH值響應(yīng)的疏水藥物釋放，并引發(fā)“質(zhì)子海綿”效應(yīng)從而介導(dǎo)蛋白質(zhì)的內(nèi)吞體/溶酶體逃逸（endolysosomal escape）（圖1）。之后，研究利用RNase A和DOX作為模型藥物檢驗該納米平臺是否可以實現(xiàn)高效的胞內(nèi)遞送（圖1）。
圖1可多級合作納米平臺胞內(nèi)共遞送RNase A和DOX示意圖
DOX的胞內(nèi)遞送
DOX是一種疏水性的小分子藥物，可以通過與細胞核DNA進行作用來誘導(dǎo)細胞凋亡。DOX是在三嵌段共聚物自組裝的過程中，通過與PGTA鏈段的疏水相互作用被裝載進膠束內(nèi)核的。如圖2所示，細胞層面的研究顯示納米平臺能夠有效地將DOX遞送到腫瘤細胞內(nèi)；之后在酸性內(nèi)吞體/溶酶體的作用下，DOX可以從納米平臺中釋放出來并逃逸到細胞液中，從而富集于細胞核。此外，DOX從內(nèi)吞體/溶酶體的快速逃逸也說明DOX能夠從內(nèi)吞體/溶酶體中相對自由擴散出去。
圖2?DOX的胞內(nèi)遞送
RNase A的胞內(nèi)遞送
RNaseA是一種在生理環(huán)境中帶正電荷的細胞毒性蛋白質(zhì)，能夠降解胞內(nèi)的RNA并引發(fā)腫瘤細胞的死亡。RNase A首先利用苯硼酸衍生物（NBC）進行改性形成可響應(yīng)ROS斷鍵的改性蛋白質(zhì)（RNBC）。這一蛋白質(zhì)之后共價鏈接到PGCA鏈段，從而通過pH可逆的動態(tài)苯硼酸-鄰苯二酚相互作用實現(xiàn)納米顆粒的交聯(lián)。而當(dāng)納米顆粒被內(nèi)吞進入細胞后，酸性的內(nèi)吞體/溶酶體中使苯硼酸-鄰苯二酚連接斷裂，從而釋放RNBC。同時，釋放的DOX引發(fā)細胞凋亡并顯著提高胞內(nèi)的ROS水平，促使ROS響應(yīng)的NBC進行脫保護（deprotection）作用，使RNBC恢復(fù)成RNase A，實現(xiàn)治療作用。如圖3所示，細胞層面的實驗可追蹤Cy5熒光標記的RNBC的胞內(nèi)遞送行為。結(jié)果表明，RNBC通過苯硼酸-鄰苯二酚相互作用與納米平臺進行共價連接可以有效增強RNBC的胞內(nèi)輸運。此外，RNBC的內(nèi)吞體/溶酶體逃逸相對于DOX而言更慢，表明RNBC通過“質(zhì)子海綿”效應(yīng)來誘導(dǎo)逃逸過程需要花費更多的時間。
圖3?RNBC-Cy5的胞內(nèi)遞送
在之后的活體實驗中，研究也發(fā)現(xiàn)RNBC和DOX共裝載的納米平臺對腫瘤生長的抑制具有顯著的協(xié)同作用；利用此納米平臺進行治療的小鼠也具有最長的存活時間。同時，小鼠的體重監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示了實驗期間納米平臺治療組小鼠的體重沒有明顯的下降，表明該納米平臺具有較高的生物安全性。
結(jié)論
這一研究發(fā)展了一種新型的多級合作的納米平臺，可同時遞送DOX和RNase A用于癌癥協(xié)同治療。在被細胞內(nèi)化后，這一基于mPEG-b-PGCA-b-PGTA三嵌段共聚物的納米平臺能夠響應(yīng)酸性的內(nèi)吞體/溶酶體環(huán)境而釋放DOX和RNBC。其中DOX能夠引發(fā)細胞凋亡和提升胞內(nèi)ROS水平；而在叔胺介導(dǎo)的“質(zhì)子海綿”效應(yīng)的誘導(dǎo)下，RNBC能夠進行內(nèi)吞體/溶酶體逃逸，從而進入細胞質(zhì)，并響應(yīng)ROS轉(zhuǎn)變成RNase A。細胞和活體層面的實驗均表明，合作釋放的DOX和RNase A能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同抗癌效力。因此，該研究認為基于上述共遞送納米平臺可以進一步發(fā)展普適可靠的藥物遞送策略，用以增強疾病治療效果。
參考文獻：
A Multistage Cooperative NanoplatformEnables Intracellular Co-Delivery of?Proteins?and Chemotherapeutics for CancerTherapy
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