?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癌細胞死亡，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散能力、通透性更強、保留(EPR)效應以及改善納米顆粒在腫瘤部位的聚集，使得氣體治療優于化療、放療等現有的治療方法。為了使氣體分子更加可控，設計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域，同時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，還具有保護作用。據報道，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必須被準確地運送到目標組織。到目前為止，已經開發出了幾種基于不同釋放機制的SO2小分子前藥，包括利用谷胱甘肽、pH和光誘導釋放。有學者構建了紫外光敏感的SO2前藥(DM)，這是一種具有上轉換核心和中孔殼的核殼納米載體。還有學者提出了一種對谷胱甘肽響應的SO2前藥作為納米載體來對抗多藥耐藥。然而，SO2的釋放仍受到體內和原位穿透深度的限制。此外谷胱甘肽的內源性刺激一旦打開就不能停止或中斷。?? 天津大學藥物科學與技術學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)用于外源性和內源性刺激釋放SO2的納米顆粒。該納米平臺具有三個獨特的優勢：(一)由于其多孔中空結構，實現了超高(~80%)的藥物載荷，以及聚多巴胺上豐富的氨基基團；(二)具有較低的pH值和光熱雙重響應特性，可精確定位可控氣體抗腫瘤治療；(三)將外部光熱治療與內部SO2氣體治療相結合，實現了“內外通”清除淺表和深層腫瘤細胞的可能。在近紅外激光照射下，金納米棒和聚多巴胺可作為優良的加熱轉化劑，提高淺表癌細胞的表面溫度，進一步實現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境，可以促進SO2的持續釋放向深層/遠處的組織擴散。亞硫酸鹽自氧化產生大量活性氧(ROS)，如自由基，增加促凋亡蛋白p53、Bax和caspase-3的表達，降低抗凋亡蛋白bcl-2的表達。綜上所述，基于納米平臺首次闡明了SO2誘導細胞凋亡的體內外機制，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： 藥學院碩士盧強蘭為論文第一作者 藥學院副教授李楠為通訊作者 作者單位：天津大學 索萊寶合作產品： 產品名稱 產品貨號 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展，成為癌癥治療的一個很有前景的領域。然而，氣體產生不受控、不充分的問題以及其治療機制尚不明確，仍是氣體治療應用于臨床的一大挑戰。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%)鈴狀結構的多孔納米膠囊。利用良好的光熱轉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，實現“內通”氣體治療和“外通”的光熱治療。此外，我們發現細胞毒素SO2可以誘導細胞凋亡，并上調細胞內活性氧(ROS)水平，調節凋亡相關蛋白p53、bcl-2、Bax和caspase-3。這種光熱/pH觸發的SO2氣體治療可能為促進深層腫瘤治療的進一步發展提供一種有效的策略。 ? 研究內容及結果 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-殼結構，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)進一步涂覆聚多巴胺(圖1C)。氫氟酸和氟化銨去除非晶態二氧化硅外殼(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來產生過高熱。此外與GNRs@SiO2(GSRs)相比，GPBRs吸收強度在1071和800cm-1時的FT-IR光譜有所下降，證實了二氧化硅的去除。而1605cm-1、1510cm-1和1295cm-1的峰值驗證了PDA(圖1H)的存在。此外(111)、(200)、(220)和(311)的切面證實了面心立方金晶體結構(圖1I)。GPBRs的化學成分，包括 S，Au，Si，O，N和C進一步由能量色散x射線(EDX)光譜和x射線測量光譜掃描(XPS)(圖1J和K)。N 1s區域高分辨率光譜分別由三個亞峰組成(圖1L)，分別是：397.7eV(碳氮=R)，399.5eV(R1-NH-R2)和402.3eV(R-NH2)?？招那缓虶PRs的多孔殼結構進一步證實了N2吸附/解吸等溫線，表現出一個IV型曲線，在P/Po?0.4-1.0范圍內有一個大的磁滯回線，對應于一個大的表面積167.4m2g?1和一個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，進一步顯示了良好的穩定性(圖1P)。 Figure 1 2、pH/光熱雙重控制SO2釋放 水溶性BTS的結構如圖2A所示。由于亞硫酸鹽的結構，BTS在酸性環境下容易水解成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核和聚多巴胺外殼，GPBRs的UV-vis光譜呈現出持續的紅移和強度增加(圖1G)，表明近紅外消光和光熱轉換性能增強。此外我們使用不同的功率密度或輻照時間來檢測最終溫度(圖2C)。結果表明，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的光熱轉換效率為34.6%(圖2D)。通過BTS在260nm處的吸光度測定BTS偶聯含量(圖2F)。具有中空腔和多孔殼體的核殼結構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表現出了79.2%的超高BTS運載效率(圖2G)。為了驗證光刺激和酸性環境下SO2的發射性能，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度增加，說明通過調節激光照射時間和功率密度，可以增強SO2的釋放(圖2H)。另外使用SO2試紙對SO2釋放進行定性分析(圖2I)。 Figure 2 3、細胞實驗 為了評價GPBRs在不同癌細胞中的細胞毒性，我們利用Hela、4T1和MCF-7癌細胞進行標準的MTT實驗。如圖3A和3B所示，在無近紅外(0.5W/cm2，5min)情況下，GPBRs的細胞毒性很小。然而當暴露于近紅外時，我們可以在這三種癌細胞中觀察到明顯的劑量依賴性現象。用200μg/mL濃度的GPBRs處理后，三種細胞的細胞存活率相對較低(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)，結果表明氣體治療和單獨光熱治療效果均不理想，特別是單獨使用氣體療法，即使在最高劑量下，其細胞毒性也很小。這可能是由于光熱效應所產生的溫度適中，從而開啟了SO2的釋放，與預期的一樣，GPBRs+NIR組表現出氣、光熱協同治療效果。然后采用活/死細胞試劑盒檢測GPBRs的治療效果。光熱消融時間與功率密度的關系在圖3D中為正相關。如預期的那樣，所有細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。流式細胞術揭示了光熱和氣體治療細胞死亡的更多細節和機制(圖3E)。4T1細胞BTS(氣體單獨治療)組顯示14.7%的晚期凋亡和14.7%的早期細胞凋亡，而BTS+近紅外光譜組顯示早期細胞凋亡和晚期凋亡分別為55.9%和15.8%，此外4T1細胞處理GPRs+近紅外光譜(光照療法單獨)組表現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軟件進行分析(圖4)?？梢钥吹紾PRs-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(藍色熒光)處理組的熒光強度在照射后甚至在100μm深度都有所增強。這些現象表明BTS可以實現光熱增強的SO2釋放，從而促進SO2向深部擴散。 Figure 4
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文獻解讀|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觸發內外合用的氣體療法
作者：北京索萊寶科技有限公司 2020-08-31T00:00 (訪問量:5519)
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