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Science Advances | 四川大学等多单位合作,曹俊/高会乐等人开发新的纳米颗粒药物,更好的杀伤肿瘤

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(图片来源:摄图网)

本文原创首发公众号:iNature

微信号 :Plant_ihuman

由于复杂的生物屏障,基于纳米颗粒的药物递送面临着不精确的靶向递送和药物生物利用度低的挑战。

2021年2月5日,四川大学曹俊,高会乐及德克萨斯大学奥斯汀分校Nicholas A. Peppas共同通讯在Science Advances 在线发表题为“A combinational chemo-immune therapy using an enzyme-sensitive nanoplatform for dual-drug delivery to specific sites by cascade targeting”的研究论文,该研究设计了靶向级联,双重药物加载的核壳纳米颗粒(DLTPT),该簇由靶向CD44的透明质酸壳,阿霉素(HA-DOX)和靶向线粒体的三苯基phosph衍生物纳米颗粒核组成,其中纳米粒装载了Londiamine(LND)二聚体(LTPT)。

由于肿瘤归巢作用和带负电荷的透明质酸,DLTPT显示出延长的血液循环时间并有效地聚集在肿瘤部位。随后,HA-DOX壳被细胞外透明质酸酶降解,导致粒径减小和负-正电荷逆转,这将增加肿瘤的渗透和内在化。HA-DOX的降解进一步加速了DOX的释放,并使带正电荷的LTPT核心暴露于快速的内体逃逸和线粒体靶向LND传递。值得注意的是,当DLTPT与抗PD-L1组合使用时,肿瘤的生长受到抑制,从而诱导了针对肿瘤转移的免疫反应。

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近年来,已开发出各种基于纳米颗粒的药物递送系统,并广泛用于癌症化学疗法中。尽管纳米级药物递送系统可以改善药物的生物利用度和耐受性,但是药物递送的功效仍然受到“ CAPIR级联”的限制,例如血液循环,肿瘤累积,肿瘤渗透,纳米颗粒的肿瘤内在化和细胞内特异性药物释放。为克服与CAPIR级联相关的障碍,研究人员开发了具有肿瘤活性靶向,酶敏感的大小修饰,电荷逆转和细胞器特异性受控分子的级联靶向,双重药物加载的核壳智能纳米颗粒(DLTPT)。

选择透明质酸(HA)作为DLTPT的表面层,以促进颗粒靶向CD44受体和透明质酸酶(HAase),而这两种蛋白在肿瘤中均过表达。降解后,释放出内部尺寸较小且正负电荷反转的带正电的三苯基phosph衍生物颗粒(LTPT),以深入肿瘤,有效地被肿瘤细胞吸收。 

多种具有细胞内功能的小分子药物的组合最近已发展成为一种新兴的治疗策略,因为它可能通过激活凋亡信号导致特定亚细胞结构的破坏。例如,lonidamine(LND)通过将细胞色素C释放到细胞质中并激活caspase-9来干扰线粒体功能以激活凋亡信号传导,从而导致下游caspase-3的上调。同样,阿霉素(DOX)通过核氧化DNA损伤诱导凋亡,这可能通过聚ADP(二磷酸腺苷)-核糖聚合酶(PARP)和三磷酸吡啶核苷酸(NADPH)氧化酶激活而间接产生过氧化氢(H2O2),从而导致增加线粒体膜电位和随后的caspase-3激活。因此,DOX和LND可能显示出协同的抗肿瘤作用。

但是,小分子药物没有器官选择性,因此通常无法在特定的细胞器中积聚。为了将DOX和LND专门递送到不同的细胞器中,将DOX缀合到HA链上以形成DLTPT的壳,该壳将DOX释放到细胞质中,然后将其靶向细胞核,并且将LND传递到线粒体。但是,小分子药物与两亲共聚物之间的相互作用较弱,导致LND的载药量(DLC)低。因此,LND二聚体(d-LND)是使用硫键作为连接基来合成的,以改善DLC,并且d-LND可以智能地产生LND,以响应细胞内的谷胱甘肽(GSH)达到特定的释放。

已知诸如蒽环类药物等化学治疗剂可诱导免疫原性细胞死亡(ICD)。ICD可以通过树突状细胞(DC)的激活以及随之而来的T细胞特异性应答的激活来诱导免疫应答。然而,由于在癌细胞中过表达程序性细胞死亡1配体1(PD-L1),而与在T细胞中的程序性细胞死亡受体1(PD-1)相互作用,肿瘤反应性细胞毒性T细胞的抗肿瘤作用受到限制。PD-L1抗体(抗PD-L1)可通过抑制免疫抑制性调节性T细胞(Tregs)的活性并激活细胞毒性T淋巴细胞(CTL)来阻止癌细胞的免疫逃逸。然而,仅使用抗PD-L1的低治疗反应(〜20%)限制了其临床应用。研究报告说,化学疗法和免疫疗法的结合可以有效激活更多的CTL,从而产生更好的抗肿瘤作用)。

在这项研究中,设计了一个级联靶向,双重药物加载的核壳智能纳米颗粒(DLTPT)系统,以将多种药物精确地递送至肿瘤特异性位点。静脉注射后,由于表面负电荷和CD44特异性肿瘤靶向特性,DLPTT的HA表面能够实现较长的血液循环时间和较高的肿瘤蓄积率。在肿瘤内,HAase对HA-DOX的降解有益于DLTPT的粒径减小和负-中性电荷逆转,从而改善了肿瘤的渗透和细胞内在化。

肿瘤细胞吸收DLTPT后,HAase连续降解HA-DOX,在细胞核附近释放DOX,而TPT将d-LND携带到线粒体中,以对LND进行氧化还原反应释放。因此,DOX和LND在其特定的作用位点释放可以协同诱导细胞凋亡,并最终抑制肿瘤的生长。此外,DOX还可以激活免疫反应。此外,抗PD-L1的加入可以进一步阻断PD-L1依赖性免疫逃逸,并通过激活CTL改善免疫反应。体内研究表明,双药化疗与免疫疗法相结合,提高了肿瘤抑制的效率并诱导了针对肿瘤转移的抗肿瘤免疫反应。

参考消息:

https://advances.sciencemag.org/content/7/6/eaba0776

编者按:本文转载自微信公众号:iNature(ID:Plant_ihuman),作者:枫叶


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