肿瘤靶向近红外温敏纳米给药系统的制备及评价

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给药系统一直面临药物释放问题的挑战,近红外响应型温敏给药系统可实现药物速释。本研究构建具有肿瘤主动靶向和光热条件快速释放化疗药物的纳米给药系统,实现高效低毒的光疗-化疗联合治疗。本研究采用原子转移自由基聚合反应法,丙烯酰胺(Acrylamide,AAm)和丙烯腈(Acrylonit,AN)共聚形成温敏聚合物聚(丙烯酰胺-丙烯腈)(poly(acrylamide-co-acrylonitrile),p(AAm-co-AN))。考察自由基聚合反应引发剂、反应物投料比和反应时间对聚合物上临界溶解温度(Upper critical solution temperature,UCST)的影响,优选引发剂偶氮二异丁腈(Azodiisobutyronitrile,AIBN)为1%wt,AAm和AN摩尔比为16:9,反应时间为24 h,得分子量为20.5 kDa,UCST为45℃的p(AAm-co-AN)。采用具有肿瘤主动靶向功能的透明质酸(Hyaluronicacid,HA)嫁接p(AAm-co-AN),得透明质酸-聚(丙烯酰胺-丙烯腈)嫁接物(Hyaluronicacid-poly(acrylamide-co-acrylonitrile),HA-P)。HA-P在水中可自聚集形成胶束结构,芘荧光法测定其临界胶束浓度为72.2μg/m L。微粒粒度与表面电位分析仪测得粒径为250.6±2.8 nm,表面电位为-28.2±0.3 mV。环境温度≥45℃,HA-P胶束的粒径骤降至10 nm以下,胶束结构崩解。电镜观察发现,常温下胶束结构完好;环境温度≥45℃,胶束结构崩解。以阿霉素(Doxorubicin,DOX)为化疗模型药物,吲哚菁绿(Hydrophobic indocyanine green,ICG)为光敏剂,透析法制备近红外响应型温敏给药系统HA-P/DOX&ICG纳米粒。经测定,HA-P/DOX&ICG纳米粒粒径为217.5±0.9 nm,表面电位为-24.1±1.4 mV。环境温度≥45℃,HA-P/DOX&ICG纳米粒的粒径骤降至10 nm以下,纳米粒结构崩解。当DOX和ICG投料比为1:1(D/I=1:1),投药量为10%时,荧光分光光度法、紫外-可见光分光光度法分别测定,得到HA-P/DOX&ICG的DOX载药量及包封率分别为5.56±0.23%,59.0±2.7%,ICG载药量及包封率分别为5.74±0.12%,61.0±1.4%。控制HA-P/DOX&ICG纳米粒水分散体ICG浓度为10μg/m L,水性介质中近红外光照(808 nm,1 W/cm~2,5 min),纳米粒光照前后水分散体温度差为23.7℃,光热转换能力较游离ICG(温度差为22.5℃)无明显差异。透析法测定不同设置温度和有或无近红外光照条件下,载药纳米粒的温敏释放。在温度为45℃和特定时间近红外光照条件下,载药纳米粒在不同pH条件下均显示敏感释放特性。以人乳腺癌细胞MCF-7为细胞模型。细胞摄取实验结果表明,经细胞膜表面CD44受体介导,MCF-7可高效摄取HA-P/DOX&ICG纳米粒。以尼罗红(Nile red,NR)替换DOX,得HA-P/NR&ICG纳米粒。细胞摄取后,载药纳米粒能响应近红外光照(808 nm,1 W/cm~2,3 min)快速释放模拟药物NR,激光共聚焦显微镜下光照组NR荧光强度显著强于未光照组。MTT法评价细胞毒性,结果显示,近红外光照前后HA-P/DOX&ICG纳米粒的IC50分别为3.78μg/m L和1.46μg/m L,光照可显著提高HA-P/DOX&ICG细胞毒性。ROS荧光探针(Singlet oxygen sensor green,SOSG)评价细胞产ROS能力,结果显示,HA-P/DOX&ICG近红外光照组的胞内ROS水平是HA-P/DOX&ICG未近红外光照组的1.98倍。流式细胞分析仪测定各制剂的促细胞凋亡能力,结果显示,HA-P/DOX&ICG近红外光照组的细胞晚期凋亡率为55.41%,分别是HA-P/DOX&ICG未红外光照组、DOX与ICG联合给药组的1.87、1.73倍。以异位接种乳腺癌MCF-7的Bal B/c裸鼠为评价模型,近红外荧光活体成像分析显示,HA-P/DOX&ICG纳米粒能够在肿瘤部位主动聚集。模型动物抗肿瘤药效学研究结果显示,与生理盐水组相比,近红外(808 nm,1 W/cm~2,3 min)光照后,HA-P/DOX&ICG纳米粒的抑瘤率为95.9%,明显高于无近红外光照HA-P/DOX&ICG组的61.8%。本研究结果揭示,肿瘤主动靶向温敏释放纳米给药系统HA-P/DOX&ICG,能在肿瘤部位主动聚集,减少化疗药物DOX的毒副作用。当环境温度≥UCST时,UCST型温敏聚合物发生物理性状改变,纳米粒崩解,化疗药物DOX加速释放,促进化疗和光疗协同作用,显著增加抗肿瘤疗效,是一种潜在的治疗肿瘤新手段。
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