肿瘤微环境响应型药物基因纳米递送系统构建及其抗肿瘤药效学研究

肿瘤微环境响应型药物/基因纳米递送系统构建及其抗肿瘤药效

学研究

纳米递送系统(Nano-delivery systems,NDS)相比于传统的化疗药物具有独特的优势,近年来取得重要进展。为实现肿瘤的高效靶向递送,NDS需要跨越多重生理障碍,但每个过程对NDS的物理化学性质有不同的要求。

利用肿瘤组织的微环境特征,设计物理化学性质灵活可变的NDS用于肿瘤药物/基因靶向递送,可达到增效减毒的目的。本研究构建了三种肿瘤微环境响应性NDS,采用化疗或化疗/基因治疗联用的策略,旨在探讨该类微环境敏感NDS在肿瘤治疗中的优势。

第一章:简要介绍了近年来肿瘤靶向NDS的发展及肿瘤微环境响应型NDS在肿瘤靶向治疗中的应用,阐述了siRNA/药物联合治疗肿瘤的优势,以此为背景确立了本文的立题依据和设计思路。第二章:以壳聚糖(Chitosan)CS为主体,先后修饰可响应肿瘤细胞内pH(Intracellular pH,pHi)的尿刊酸(Urocanic acid,UA)与响应肿瘤细胞外pH(Extracellular pH,pHe)的2,3-二甲基马来酸酐(DMMA),合成聚合物DA-CS-UA,通过自组装形成逐步pH响应型纳米粒DA-NPs。

pH响应性考察发现DA-NPs在pHe刺激下发生电荷翻转,同时可响应pHi使粒径显著增大。DA-NPs对化疗药物阿霉素(Doxorubicin,DOX)具有较高的包封率和载药量,制得的DOX/DA具有适宜的粒径,释药行为呈现明显的pH响应性。

细胞摄取实验发现DOX/DA在pHe条件下相比于生理条件具有更高的细胞摄取。进入细胞后,NPs的UA段响应pHi刺激,使DOX从NPs释放扩散入核发挥作用。

体内试验表明DA-NPs对肿瘤具有较好的靶向性,能显著抑制实体瘤的增长,

同时降低了DOX在正常组织的蓄积,减少DOX带来的系统毒性。以上实验结果表明,逐步pH响应型的DOX/DA具有较好的肿瘤靶向性和抑瘤效果,对DOX具有增效减毒的作用。

第三章:在第二章的基础上,为进一步提高NPs肿瘤靶向性,构建了一种程序性pH/还原响应NPs用于抗肿瘤药物的体内递送。该NPs由pHe响应可电荷翻转的PEG层(PEG-CS-DA,sPEG)和主动靶向配体乳糖酸(Lactobionic acid,Lac)修饰的还原敏感内核乳糖酸-壳聚糖-硫辛酸(Lactobionic acid-chitosan-lipoic acid,LCL)组成,其中DOX包载在疏水内核LCL中(DOX/LCL)。

在生理条件下,负电荷的sPEG通过电荷吸引包覆在正电荷的DOX/LCL上,得到sPEG-DOX/LCL。通过响应pHe,sPEG可发生电荷翻转,从DOX/LCL表面脱落,以暴露其正电荷内核与Lac配体。

在10 mM GSH刺激下,LA的二硫键断裂,DOX/LCL结构发生形变,快速释放所包载的DOX。细胞摄取实验与肿瘤球穿透性实验表明,sPEG-DOX/LCL在pHe刺激下具有更高的细胞摄取与肿瘤组织穿透性。

进入细胞后,sPEG-DOX/LCL可响应胞内GSH促进药物释放,增强细胞毒性。体内实验表明sPEG-DOX/LCL具有较长的体内半衰期并可将DOX靶向于肿瘤组织。

与对照组相比,sPEG-DOX/LCL呈现更好的体内抗肿瘤效果并减轻DOX的系统毒性。综上所述,这种含有pHe响应可脱落的PEG层和主动靶向修饰还原响应特征的NPs具有良好的肿瘤靶向性与抑瘤效果,为DOX的增效减毒提供了一种方案。

第四章:在第三章的基础上,为进一步增强抗肿瘤效果,我们通过模拟LDL的组成,构建了一种仿生型的LDL NPs,包载VEGF siRNA(siVEGF)与DOX,并在其表面修饰sPEG,制备sPEG-siVEGF/DOX-NPs,以屏蔽其正电荷与Apo B蛋白。通过响

应pHe,sPEG可发生电荷翻转,从siVEGF/DOX-NPs表面脱落,以暴露其正电荷与主动靶向配体Apo B蛋白,促进细胞摄取与内含体逃逸。

RT-PCR和Westen blot实验发现,siVEGF-NPs可在m RNA与蛋白水平下调VEGF表达,并减弱VEGF对HUVEC细胞增殖和迁移的促进效果;另一方面,DOX则逐步扩散至细胞核,引起细胞毒性。体内靶向性实验表明,该NPs具有较强的肿瘤组织靶向性,可将siRNA和DOX共递送至肿瘤组织。

体内药效学评价表明,共载siVEGF与DOX的sPEG-siRNA/DOX-NPs可在DOX 给药量较小时显著抑制肿瘤增长与肿瘤血管生成,相比于单载siVEGF的

sPEG-siRNA-NPs或单载DOX的sPEG-DOX-NPs具有更强的抗肿瘤效果。上述试验结果表明,通过这种肿瘤微环境敏感性的NPs靶向共递送siVEGF与化疗药物DOX 为体内高效抑瘤提供了一种较好的方案。