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浙大黃飛鶴教授、毛崢偉教授和NIH喻國燦博士NAT COMMUN:將光動力治療的光敏劑-卟啉裝入新型藥物遞送體系直達腫瘤細(xì)胞
2019-07-11  來源:浙大新聞辦
關(guān)鍵詞:腫瘤 藥物遞送

  抗癌藥物到達腫瘤內(nèi)部釋放,需要經(jīng)過血液循環(huán)、腫瘤組織內(nèi)積蓄和擴散、進而被腫瘤細(xì)胞內(nèi)吞等過程。這一過程中山一重水一重,而且路上充滿風(fēng)險——有的水溶性差使得藥效無法發(fā)揮,有的像沒頭蒼蠅找錯了腫瘤所在的位置不能精準(zhǔn)釋放,有的則“出師未捷身先死”早早被體內(nèi)的免疫系統(tǒng)察覺當(dāng)作敵人直接被消滅掉了。

  為了讓抗癌藥物在體內(nèi)更好的循環(huán)、有更好的療效或者降低抗癌藥物對正常組織的殺傷性,利用納米材料包載抗癌藥物構(gòu)筑納米藥物,是當(dāng)今的研究熱點。

  近日,浙江大學(xué)黃飛鶴教授、毛崢偉教授和美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)喻國燦博士團隊,研制出一種構(gòu)筑超分子多肽的新方法,其可控的多肽自組裝擁有多種形貌并可用于癌癥的光動力治療中。這種新型藥物遞送體系,將光動力治療的光敏劑-卟啉裝入新型結(jié)構(gòu)“潛艇”,進而給藥直達腫瘤細(xì)胞。

  這項研究近日被國際知名雜志《自然·通訊》(Nature Communications)報道,第一作者為浙江大學(xué)化學(xué)系博士生朱黃天之,共同通訊作者為浙江大學(xué)化學(xué)系黃飛鶴教授、高分子系毛崢偉教授和美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)喻國燦博士

內(nèi)源性物質(zhì)制造運藥“貨船”

  做癌癥化療藥物的“偽裝”,其實過去科研人員用傳統(tǒng)的高分子材料,早就給光敏劑卟啉做過并用于光動力治療,但這類納米藥物很多被體內(nèi)循環(huán)或免疫系統(tǒng)阻礙,治療效果不佳或有免疫毒性。

  于是,科研人員就想到能否用生物內(nèi)源性的物質(zhì)來構(gòu)筑藥物載體?研究人員很快鎖定了利用多肽制造“貨船”用于偽裝。多肽是基于內(nèi)源性氨基酸的生物材料(氨基酸也是構(gòu)成蛋白質(zhì)的分子),具有生物相容性好、細(xì)胞吞噬效率高、免疫毒性低等優(yōu)點,是生物化學(xué)領(lǐng)域中納米功能材料的最佳選擇之一。

  確定使用多肽后,研究人員就要開始設(shè)計這個“偽裝者”了。多肽的親水端是腫瘤細(xì)胞靶向序列,作為“導(dǎo)航儀”用于確定行進方向到達腫瘤組織。多肽疏水的部分用于構(gòu)筑兩親組裝體和載藥。兩者以可交聯(lián)的序列連接,用于在后續(xù)的形貌轉(zhuǎn)變中起到定型的作用。

  為了更好地控制藥物的包載和納米材料的形貌,科研人員創(chuàng)新地將柱[5]芳烴引入用于調(diào)控組裝過程及組裝形貌。作為正五邊形的環(huán)狀化合物的柱[5]芳烴,中間的空腔可以容納客體分子,能賦予載藥“貨船”溫度響應(yīng)性,從而更方便的對納米材料進行調(diào)控。

  “多肽與柱芳烴組成納米粒是一種全新的材料構(gòu)筑方式。”黃飛鶴介紹,要給柱[5]芳烴修飾上甘醇鏈,才能讓柱[5]芳烴有更好的生物相容性。

文中所用多肽的序列和柱[5]芳烴衍生物的結(jié)構(gòu)式

加熱自組裝變身成為“潛艇”

  自組裝是小分子通過非共價作用力自發(fā)組裝成為大的組裝體的過程。打個比方說建房子,小分子就是一個個磚塊,組裝體就是磚塊壘成的房子,非共價作用力就是粘磚塊的水泥。

  多肽用于生物材料已經(jīng)有許多報道,但是多肽組裝體的形貌調(diào)控依舊是一大難點。在不共價修飾多肽的情況下,其組裝形貌大多為納米線,且形貌無法隨外界刺激而轉(zhuǎn)變。納米線不利于被細(xì)胞攝取吞噬,藥物沒法進入細(xì)胞依舊沒有治療效果。

  于是科研人員利用被甘醇鏈修飾的柱[5]芳烴,通過非共價作用力構(gòu)筑超分子多肽。得到的超分子多肽在加熱后會因為柱[5]芳烴從親水變成疏水,“變身”成為球形的納米粒子結(jié)構(gòu)。

  在加熱的過程中,親水的導(dǎo)航儀傾向于排布在納米粒子的外表面,依舊能起到導(dǎo)航作用。與此同時,作為疏水化合物的卟啉在此時混入載藥體系,被疏水的納米粒子內(nèi)核所包載,這時候新結(jié)構(gòu)的抗癌納米藥物就制成了。毛崢偉表示,組裝形貌調(diào)控就是一個重要的創(chuàng)新,多肽的組裝形貌從納米線變成納米粒子,可以做更多的生物實驗。

  然而,用于生物實驗的納米材料必須在37攝氏度左右使用,因此需要降溫。但是降溫后納米粒又會因為柱[5]芳烴變得親水而散掉回復(fù)原位,怎么辦?還記得剛開始設(shè)計的交聯(lián)序列么,這些半胱氨酸殘基在氧氣中加熱時會被氧化為胱氨酸,把多肽鏈牢牢鏈接在一起。因此即便溫度降回原位,仍是球狀的“潛艇”。朱黃天之說到,這一設(shè)計使得我們的材料即使在高溫組裝,降低溫度后組裝形貌也較為穩(wěn)定,可用于后續(xù)的生物實驗。

超分子多肽的自組裝調(diào)控過程和納米藥物的制備

通過光照扣動扳機

  中外科研人員聯(lián)合研制的新型納米藥物具有可控的組裝形貌,良好的生物相容性等優(yōu)勢,“新瓶”制好如何裝入作為殺死腫瘤細(xì)胞手槍的卟啉這個“舊酒”呢?科研人員給出的答案很清楚——在多肽與柱[5]芳烴加熱自組裝過程中被包載進入球形“潛艇”,偽裝穿越人體屏障,同時通過導(dǎo)航找到腫瘤細(xì)胞,進入到腫瘤細(xì)胞內(nèi)部。

  在光照條件下,卟啉像是被扣動了扳機,發(fā)射出氧自由基對細(xì)胞造成破壞,進而誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。通過動物實驗,科研人員將該納米藥物用于生物相容性好,免疫毒性低的光動力治療。

包載卟啉的納米藥物用于光動力治療的過程

  體內(nèi)和體外的研究表明,超分子的修飾策略及多肽的靶向性大大提高了光動力治療效率。科研人員表示,這種超分子多肽在多肽的修飾及腫瘤的精準(zhǔn)治療等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

  論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10385-9

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