载药纳米材料抗肿瘤的研究论文

UNAM大学里的研究人员发现，如果附加了α生育酚和β-胡萝卜素的纳米胶囊用在水果和新切蔬菜上，可分散、均匀地敷上一层薄层，形式灵活地抑制酶促褐变，延长其寿命。“我们设计的这种微小的、用囊包着的产品是一种食品添加剂。类似于在纳米尺寸范围100~500纳米的球状结构之内放置活跃物质，如柠檬油、迷迭香或抗氧化剂α-生育酚、β-胡萝卜素。降出这个区域的活跃物质，使其通过壁迁移到水果实现保护。”这位学术负责人说道。然而，尽管目前在领域内取得了突破性的进展，但现在药物输送系统的精确度仍然达不到，可能的原因有很多，比如人体的复杂程度，再比如标记识别的不准确等，这都会影响药物释放的准确性。华东理工大学的魏红竹和他的团队，对智能药物传递系统进行了概念验证的研究，在肿瘤的识别方便达前所未有的准确性。他们所设计的胶囊具有“逻辑性”，胶囊需要检测出两种不同的癌症信号，并且，还需要在特定的序列中，就会按照正确的顺序释放药物。在这之前，研究人员设计的检测系统也都是能够检测出两种不同的标记系统，但通常两个当中检测到一个就会打开，所以准确率就大大降低了，而华东理工大学的团队所研制的胶囊需要检测到两个标记才能打开，所以准确率就大大增加了。癌症由于高的发病率和致死率,已经成为仅次于心脏病的“人类杀手”。然而,传统的癌症治疗手段包括手术、化疗与放疗虽然可以在一定程度上缓解病情,延长患者生命,却也给患者带来了极大的痛苦。例如手术产生大面积的创伤,化疗与放疗带来的毒副作用,以及多药耐药性导致治疗失败。因此,寻找有效的癌症治疗方法是目前医药领域研究的热点与难点。生物相容性纳米胶囊的出现为癌症的诊断和治疗提供了新的思路。纳米胶囊作为一种新型的药物载体,可以通过包裹疏水性化疗药物从而提高药物的溶解性,也可以包裹核酸提高其稳定性作为基因治疗药物。在载药纳米胶囊表面偶联靶向分子,使胶囊靶向到肿瘤病灶部位进行治疗,可以极大的提高治疗效果并降低对正常组织细胞的杀伤作用,是一种极具潜力的癌症治疗方法。本论文试图利用纳米胶囊(Nanocapsules,NCs)包裹化疗药物紫杉醇(Paclitaxel,PTX),并且在胶囊表面偶联特异识别肿瘤受体并诱导肿瘤细胞凋亡的TRAIL(Tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand)蛋白构建一种新型纳米胶囊靶向抗癌药物,以克服目前临床抗癌药物的缺陷并为后续抗癌药物开发和肿瘤临床治疗提供技术支持。首先通过薄膜水化法使嵌段共聚物Pluronic(?)F127(PEO10O-PP065-PEO10O)和Pluronic(?)P123(PE020-PP070-PE020)聚合形成纳米胶束,胶束内部负载疏水性抗癌药物紫杉醇,并加入硅烷水解产生二氧化硅沉积在胶束PEO与PPO界面形成硅壳,稳定胶束的结构形成纳米胶囊。随后,通过在胶囊表面偶联具有特异识别并诱导肿瘤细胞凋亡的TRAIL蛋白,为载药纳米胶囊提供靶向性。完成纳米胶囊靶向抗癌药物的制备之后,使用透射电子显微镜和动态光散射表征载药纳米胶囊的形貌与粒径,分光光度计与高效液相色谱测定载药纳米胶囊的载药量与药物缓释曲线。最后通过TRAIL敏感型肝癌细胞株HepG2体内体外实验检测所制备的靶向载药纳米胶囊对肿瘤的治疗效果,并通过TRAIL耐受型乳腺癌细胞株MCF-7的体内体外实验检测纳米胶囊对多药耐药性肿瘤的治疗效果。经过研究和实验,获得如下结论:(1)载药纳米胶囊组装及性能:制备的载药纳米胶囊为澄清液体,在激光照射下可以观察到明显的丁达尔效应。纳米胶囊在透射电子显微镜下呈现明显的壳层结构,胶囊大小均一,壳层厚度为5.28 nm。动态光散射测定载药纳米胶囊的光动力学粒径为24 nm,具有良好的分散性和溶液稳定性。紫杉醇纳米胶囊(PTX-NCs)的载药量为0.39%,包封率为26.5%,胶囊中紫杉醇浓度为265.4μ g/mL。纳米胶囊内部的紫杉醇稳定并缓慢地释放。在偶联剂EDC和NHS作用下,TRAIL蛋白表面的氨基与胶囊表面的羧基形成酰胺键而使TRAIL蛋白偶联到紫杉醇纳米胶囊表面。偶联产物通过亲和层析获得靶向抗肿瘤纳米胶囊药物 PFPSNT(PTX-F127/P123 silica nanoparticles-TRAIL)。(2)PFPSNT对TRAIL敏感的肝癌HepG2细胞和活体肝癌HepG2肿瘤的抑制效果:采用cck-8法测定纳米胶囊及药物对体外培养的HepG2细胞的抑制效果,结果表明,未负载药物的空胶囊对细胞无明显抑制效果,而实验组PTX、PTX-NCs、TRAIL、TRAIL-NCs以及PFPSNT对HepG2细胞的半致死剂量分别为671.4 μg/ml、626.5 μg/ml、5.515 μg/ml、4.883 g/ml、0.921 μg/ml。PFPSNT 对体外培养的 HepG2 具有良好的抑制作用。使用荧光染料Pyrene代替紫杉醇包裹进纳米胶囊并偶联TRAIL蛋白制备成TRAIL-Pyrene-NCs,与HepG2共孵育后使用荧光显微镜检测,结果显示偶联TRAIL的载荧光染料Pyrene纳米胶囊对HepG2具有明显的靶向作用。将HepG2细胞种植到裸鼠皮下形成种植瘤,建立裸鼠肿瘤模型后分别于腹腔注射PBS、PTX、PTX-NCs、TRAIL、PFPSNT进行治疗。与对照组PBS相比,各实验组肿瘤的增殖均得到不同程度的抑制,其中PFPSNT组肿瘤抑制效果明显强于其它各组。统计学分析显示PFPSNT组肿瘤抑制效果与其它组之间的差异具有明显的统计学意义(P<0.05)。肿瘤组织切片的H&E染色及荧光染色显示PFPSNT治疗组的肿瘤组织内细胞有明显的凋亡和坏死。裸鼠主要器官心肝脾肺肾的H&E染色结果显示,使用PFPSNT不会对裸鼠正常脏器造成明显可见的损伤。(3)PFPSNT对TRAIL-耐受性乳腺癌MCF-7细胞和活体乳腺癌MCF-7肿瘤的抑制效果:采用cck-8和流式细胞仪检测纳米胶囊及药物对体外培养的MCF-7细胞的抑制效果,测得实验组 PTX、PTX-NCs、TRAIL、TRAIL-NCs 以及 PFPSNT 对 MCF-7 细胞的半致死剂量分别为 84.882 μg/mL、79.027 μg/mL、1.33 mg/mL、1.02 mg/mL、0.364μg/mL。在细胞的流式分析中,PTX、TRAIL和PFPSNT处理后,死细胞总量为4.6%,7.0%和37.5%。两个不同实验的结果均表明MCF-7对TRAIL蛋白具有耐药性,但PFPSNT可以在MCF-7细胞中实现TRAIL与PTX的联合用药并逆转MCF-7细胞对TRAIL的耐药性。在对MCF-7种植瘤的治疗中,PFPSNT对肿瘤的增殖具有显著的抑制效果,肿瘤的体积增长速度以及瘤重均明显低于其余实验组并具有统计学意义(P<0.05)。(4)MCF-7细胞与种植瘤蛋白组差异分析。体外培养的MCF-7细胞对TRAIL蛋白具有明显的耐受性,而种植到裸鼠皮下形成的MCF-7种植瘤对TRAIL敏感。为了弄清这种MCF-7细胞与MCF-7种植瘤之间发生耐受与敏感逆转的原因,使用Laber free法测定MCF-7细胞与种植瘤的蛋白组学差异。结果表明,MCF-7细胞在种植到裸鼠皮下形成肿瘤后,多个代谢通路中的蛋白表达水平发生改变,其中氨基酸的合成、间隙连接、RNA转运以及DNA复制均可能通过不同的机制调控肿瘤细胞的增殖并对其耐药性产生影响。MCF-7种植瘤可能通过这些机制改变了细胞对TRAIL的耐药性。利用纳米胶囊、紫杉醇和TRAIL蛋白构建的纳米胶囊靶向抗癌药物PFPSNT具有较好的稳定性、靶向性、安全性以及包载药物的缓释作用。PFPSNT对TRAIL蛋白敏感或耐受的肿癌均具有较强的杀癌效果,是一种安全、有效、广谱的候选靶向抗癌药物,值得进一步作为临床抗癌药物开发利用。

纳米材料在体内应用最大的限制就是纳米毒性问题，这个问题太庞大，我能力有限，暂且阁下。抛开这问题，纳米药物在体内输送的过程可谓是困难重重。首先纳米材料要有极好的水溶性，才能在血液中循环，不被白蛋白作为异物清除掉；其次不同的纳米颗粒代谢途径是不同的，30nm（具体数据可能不准）及一下的通过肾脏代谢，30至500nm可能通过肝脾代谢，再往上就是肺代谢了，所以靶向不同器官的纳米药物粒径要求是极其严格的，假如要通过血脑屏障的话那要求就更加严格了。但是几乎所有进入体内的纳米药物都必须具有极好的水溶性，并且能够达到体内长循环，否则还来不及在肿瘤部位累积就已经被代谢掉了。谈三个我们实验室最近在做的方向吧，主要是设计肿瘤诊断和治疗的。一、超小顺磁性纳米颗粒用于核磁共振造影。我们导师已经在铁磁性纳米材料上摸爬打滚将近20年了，磁性纳米颗粒研究可谓是炉火纯青了，我们实验室已经可以制备出5到10nm的四氧化三铁纳米颗粒，表面接上PEG，相当于穿上一层水衣，增强它的水溶性。注射到体内可以累积到肝肿瘤，可以改变水质子的自旋从而达到增强造影的效果。肿瘤治疗讲究的是早发现早治疗的，可以躲避肝的枯否细胞吞噬累积到肿瘤部位，这是一件很了不起的事情。二、顺磁性纳米颗粒肿瘤热疗。超顺磁性纳米颗粒在交变磁场下可以发热，而肿瘤细胞比正常细胞耐热性要差，所以可以用于肿瘤热疗。这是一位博士师兄的课题，他制备出来的磁性纳米颗粒的饱和磁化强度已经达到业界顶尖水平，可是肿瘤部位累积量太低了，即使接上靶向性抗体，累积量也十分有限，肿瘤热疗对于小鼠来说还是有效的，不过还是十分有限，只能抑制其生长。着看起来是瓶颈，但也是突破口，一旦病变部位药物累计量提高了，即使是10%的提高，也是很有效的。三、纳米颗粒用于体外诊断。这个应该是纳米材料比较容易走通的道路之一。简单来说就是利用纳米颗粒接上抗体，抗体再捕获目标分子，比如癌细胞啊，病变的标志物啊什么的，然后再通过特殊的设备读取纳米颗粒的信号。现在已经有许多类似的产品上市了，比如胶体金的试纸条，磁珠试剂盒等。