?近年來，由于一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、氫氣(H2)和二氧化硫(SO2)等氣體分子可用于誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡，因此氣體癌癥治療越來越受到重視。在腫瘤組織中良好的擴(kuò)散能力、通透性更強(qiáng)、保留(EPR)效應(yīng)以及改善納米顆粒在腫瘤部位的聚集，使得氣體治療優(yōu)于化療、放療等現(xiàn)有的治療方法。為了使氣體分子更加可控，設(shè)計(jì)了氣體前藥和氣體供體，保證治療性氣體選擇性地積聚在特定區(qū)域，同時(shí)在血液中保持較低的濃度。 最近的研究表明，SO2對哺乳動物除了有毒性作用外，還具有保護(hù)作用。據(jù)報(bào)道，SO2作為治療多種疾病的氣體有很大的潛力，包括心臟缺血再灌注(I/R)損傷、炎癥和癌癥。為了治療特定的疾病，所以SO2必須被準(zhǔn)確地運(yùn)送到目標(biāo)組織。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)出了幾種基于不同釋放機(jī)制的SO2小分子前藥，包括利用谷胱甘肽、pH和光誘導(dǎo)釋放。有學(xué)者構(gòu)建了紫外光敏感的SO2前藥(DM)，這是一種具有上轉(zhuǎn)換核心和中孔殼的核殼納米載體。還有學(xué)者提出了一種對谷胱甘肽響應(yīng)的SO2前藥作為納米載體來對抗多藥耐藥。然而，SO2的釋放仍受到體內(nèi)和原位穿透深度的限制。此外谷胱甘肽的內(nèi)源性刺激一旦打開就不能停止或中斷。?? 天津大學(xué)藥物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李楠副教授課題組合成了基于SO2前藥(苯并噻唑亞磺酸鹽，BTS)摻雜納米金棒@介孔多巴胺(GNRs@PDA-BTS，GPBRs)用于外源性和內(nèi)源性刺激釋放SO2的納米顆粒。該納米平臺具有三個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢：(一)由于其多孔中空結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超高(~80%)的藥物載荷，以及聚多巴胺上豐富的氨基基團(tuán)；(二)具有較低的pH值和光熱雙重響應(yīng)特性，可精確定位可控氣體抗腫瘤治療；(三)將外部光熱治療與內(nèi)部SO2氣體治療相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了“內(nèi)外通”清除淺表和深層腫瘤細(xì)胞的可能。在近紅外激光照射下，金納米棒和聚多巴胺可作為優(yōu)良的加熱轉(zhuǎn)化劑，提高淺表癌細(xì)胞的表面溫度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低功率密度光熱治療(方案1B)。那么，升高的溫度加上腫瘤固有的酸性環(huán)境，可以促進(jìn)SO2的持續(xù)釋放向深層/遠(yuǎn)處的組織擴(kuò)散。亞硫酸鹽自氧化產(chǎn)生大量活性氧(ROS)，如自由基，增加促凋亡蛋白p53、Bax和caspase-3的表達(dá)，降低抗凋亡蛋白bcl-2的表達(dá)。綜上所述，基于納米平臺首次闡明了SO2誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的體內(nèi)外機(jī)制，探索了治療深層腫瘤的前瞻方法。 ? 基本信息 題目： SO2?prodrug doped nanorattles with extra-high drug payload for “collusion inside and outside”?photothermal/pH triggered-gas therapy 期刊：Biomaterials 影響因子：10.317 PMID：32738655 作者： 藥學(xué)院碩士盧強(qiáng)蘭為論文第一作者 藥學(xué)院副教授李楠為通訊作者 作者單位：天津大學(xué) 索萊寶合作產(chǎn)品： 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品貨號 Hoechst 33342 Reactive Oxygen Species Assay Kit ANNEXIN V- FITC/PI凋亡檢測試劑盒 Lyso-Tracker Red (溶酶體紅色熒光探針) ? 摘 要 近年來，氣體治療納米平臺蓬勃發(fā)展，成為癌癥治療的一個(gè)很有前景的領(lǐng)域。然而，氣體產(chǎn)生不受控、不充分的問題以及其治療機(jī)制尚不明確，仍是氣體治療應(yīng)用于臨床的一大挑戰(zhàn)。在這里，我們探索了一種基于二氧化硫(SO2)前藥摻雜納米顆粒的氣體處理方法，不僅可以抑制淺表腫瘤，還可以抑制深層腫瘤。制備了一種水溶性SO2前藥苯并噻唑亞磺酸鹽(BTS)摻雜的由金納米棒核和聚多巴胺(PDA)殼(GNRs@PDA-BTS，GPBRs)組成的具有高藥物載荷(~80%)鈴狀結(jié)構(gòu)的多孔納米膠囊。利用良好的光熱轉(zhuǎn)換能力以及腫瘤部位的酸性條件，可以通過光熱和pH精確控制SO2氣體的釋放，實(shí)現(xiàn)“內(nèi)通”氣體治療和“外通”的光熱治療。此外，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞毒素SO2可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并上調(diào)細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)水平，調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白p53、bcl-2、Bax和caspase-3。這種光熱/pH觸發(fā)的SO2氣體治療可能為促進(jìn)深層腫瘤治療的進(jìn)一步發(fā)展提供一種有效的策略。 ? 研究內(nèi)容及結(jié)果 1、GPBRs的制備與表征 由金納米棒核、多孔聚多巴胺外殼和2個(gè)前藥BTS組成的納米顆粒(GNRs@PDA-BTS，GPBRs)的合成步驟如圖1A所示。首先，通過一種簡單的無核方法制造了GNRs。透射電鏡(TEM)圖像顯示，制備的GNRs的尺寸為28×7nm(圖1A)。為了制備具有大表面積的中空多孔外殼的蛋黃-殼結(jié)構(gòu)，在GNRs表面引入二氧化硅作為軟模板。硅膠殼的均勻厚度約為12nm(圖1B)。接下來，將制備的GNRs@SiO2(GSRs)進(jìn)一步涂覆聚多巴胺(圖1C)。氫氟酸和氟化銨去除非晶態(tài)二氧化硅外殼(GNRs@SiO2@PDA)，得到均勻的大空腔多孔外殼GNRs@PDA納米顆粒(GPRs)(圖1D)。最后GPRs裝載BTS制作最終配方，我們稱之為GPBRs。SEM圖像顯示，GPBRs具有較大表面積的多孔外殼，有利于載藥(圖1E和F)。我們可以觀察到元素“S”在Au和N周圍混合，說明藥物被裝載到GPBRs的空腔和多孔殼中。GPBRs的UV-vis光譜顯示了500~800nm的高吸收譜，峰值在~800nm(圖1G)，因此我們選擇了808nm的激光加熱GPBRs來產(chǎn)生過高熱。此外與GNRs@SiO2(GSRs)相比，GPBRs吸收強(qiáng)度在1071和800cm-1時(shí)的FT-IR光譜有所下降，證實(shí)了二氧化硅的去除。而1605cm-1、1510cm-1和1295cm-1的峰值驗(yàn)證了PDA(圖1H)的存在。此外(111)、(200)、(220)和(311)的切面證實(shí)了面心立方金晶體結(jié)構(gòu)(圖1I)。GPBRs的化學(xué)成分，包括 S，Au，Si，O，N和C進(jìn)一步由能量色散x射線(EDX)光譜和x射線測量光譜掃描(XPS)(圖1J和K)。N 1s區(qū)域高分辨率光譜分別由三個(gè)亞峰組成(圖1L)，分別是：397.7eV(碳氮=R)，399.5eV(R1-NH-R2)和402.3eV(R-NH2)。空心腔和GPRs的多孔殼結(jié)構(gòu)進(jìn)一步證實(shí)了N2吸附/解吸等溫線，表現(xiàn)出一個(gè)IV型曲線，在P/Po?0.4-1.0范圍內(nèi)有一個(gè)大的磁滯回線，對應(yīng)于一個(gè)大的表面積167.4m2g?1和一個(gè)相對尖銳的孔隙分布，大小集中在大約5.4納米。測量GNRs、GSRs、GSPRs、GPRs和GPBRs的電位分別為36.1±1.3、-30.1±1.2、-15.3±0.8、-7.61±0.9和-12.4±1.7mV(圖1N)，證明每一步制備成功。另外，GNRs、GSRs、GSPRs、GPRs和GPBRs的流體動力直徑分別為43.8nm、58.7nm、78.2nm、69.3nm和70.1nm(圖1O)。GPBRs在1、3、5天后分散均勻，進(jìn)一步顯示了良好的穩(wěn)定性(圖1P)。 Figure 1 2、pH/光熱雙重控制SO2釋放 水溶性BTS的結(jié)構(gòu)如圖2A所示。由于亞硫酸鹽的結(jié)構(gòu)，BTS在酸性環(huán)境下容易水解成SO2。而且隨著溫度的升高，水解速度會加快，從而控制了SO2的釋放速度和釋放量。為了研究GPBRs的體外光熱性能，以去離子水為對照，不同濃度的GPBRs用近紅外激光(808nm)照射5min(圖2B)。由于采用了金納米棒內(nèi)核和聚多巴胺外殼，GPBRs的UV-vis光譜呈現(xiàn)出持續(xù)的紅移和強(qiáng)度增加(圖1G)，表明近紅外消光和光熱轉(zhuǎn)換性能增強(qiáng)。此外我們使用不同的功率密度或輻照時(shí)間來檢測最終溫度(圖2C)。結(jié)果表明，可以通過溫度的精確控制來控制二氧化硫的釋放和釋放速度。另外GPBRs的光熱轉(zhuǎn)換效率為34.6%(圖2D)。通過BTS在260nm處的吸光度測定BTS偶聯(lián)含量(圖2F)。具有中空腔和多孔殼體的核殼結(jié)構(gòu)將是一種理想的納米載體。此外，聚多巴胺本身富含氨基-醌組。因此，GPRs表現(xiàn)出了79.2%的超高BTS運(yùn)載效率(圖2G)。為了驗(yàn)證光刺激和酸性環(huán)境下SO2的發(fā)射性能，我們在體外模擬了酸性(pH 5.0)和中性(pH 7.4)條件。我們可以觀察到酸性條件下的相對熒光強(qiáng)度是中性條件下的1.8倍，說明較低的pH值有利于SO2的釋放。并且照射后相對熒光強(qiáng)度增加，說明通過調(diào)節(jié)激光照射時(shí)間和功率密度，可以增強(qiáng)SO2的釋放(圖2H)。另外使用SO2試紙對SO2釋放進(jìn)行定性分析(圖2I)。 Figure 2 3、細(xì)胞實(shí)驗(yàn) 為了評價(jià)GPBRs在不同癌細(xì)胞中的細(xì)胞毒性，我們利用Hela、4T1和MCF-7癌細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的MTT實(shí)驗(yàn)。如圖3A和3B所示，在無近紅外(0.5W/cm2，5min)情況下，GPBRs的細(xì)胞毒性很小。然而當(dāng)暴露于近紅外時(shí)，我們可以在這三種癌細(xì)胞中觀察到明顯的劑量依賴性現(xiàn)象。用200μg/mL濃度的GPBRs處理后，三種細(xì)胞的細(xì)胞存活率相對較低(約20%)。此外我們通過MTT法評估了氣體療法和光熱療法的抗腫瘤效果(圖3C)，結(jié)果表明氣體治療和單獨(dú)光熱治療效果均不理想，特別是單獨(dú)使用氣體療法，即使在最高劑量下，其細(xì)胞毒性也很小。這可能是由于光熱效應(yīng)所產(chǎn)生的溫度適中，從而開啟了SO2的釋放，與預(yù)期的一樣，GPBRs+NIR組表現(xiàn)出氣、光熱協(xié)同治療效果。然后采用活/死細(xì)胞試劑盒檢測GPBRs的治療效果。光熱消融時(shí)間與功率密度的關(guān)系在圖3D中為正相關(guān)。如預(yù)期的那樣，所有細(xì)胞在沒有照射的情況下都存活(綠色)，說明納米顆粒具有良好的生物相容性。流式細(xì)胞術(shù)揭示了光熱和氣體治療細(xì)胞死亡的更多細(xì)節(jié)和機(jī)制(圖3E)。4T1細(xì)胞BTS(氣體單獨(dú)治療)組顯示14.7%的晚期凋亡和14.7%的早期細(xì)胞凋亡，而BTS+近紅外光譜組顯示早期細(xì)胞凋亡和晚期凋亡分別為55.9%和15.8%，此外4T1細(xì)胞處理GPRs+近紅外光譜(光照療法單獨(dú))組表現(xiàn)出凋亡早期和凋亡晚期分別為40.3%和47.3%。 Figure 3 4、SO2體外深層穿透評估 為了研究近紅外增強(qiáng)SO2對4T1腫瘤微球體的深層穿透能力，我們將其分別與GPRs-FITC、游離BTS和GPBR-FITC孵育12h，通過CLSM獲取不同處理的穿透深度，并通過Image J軟件進(jìn)行分析(圖4)。可以看到GPRs-FITC(綠色熒光)處理組無論有無近紅外處理均無顯著差異。在另外兩組中熒光信號隨著深度的增加而減少。而游離BTS(藍(lán)色熒光)處理組的熒光強(qiáng)度在照射后甚至在100μm深度都有所增強(qiáng)。這些現(xiàn)象表明BTS可以實(shí)現(xiàn)光熱增強(qiáng)的SO2釋放，從而促進(jìn)SO2向深部擴(kuò)散。 Figure 4
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文獻(xiàn)解讀|具有超高藥物載荷二氧化硫前藥摻雜的納米顆粒用于光熱/pH觸發(fā)內(nèi)外合用的氣體療法
作者：北京索萊寶科技有限公司 2020-08-31T00:00 (訪問量:6436)
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