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南方医科大学沈折玉教授课题组《Adv. Mater.》: 基于双层中空氧化亚铜纳米粒的肿瘤双药时序疗法
2024-04-29  来源:高分子科技

  肿瘤异质性在癌症进展和耐药性方面起着至关重要的作用,是临床治疗癌症的一个重要挑战。由于这种异质性,大型实体肿瘤中可能包含各种各样的细胞,它们具有不同分子特征,对治疗的敏感性也各不相同。肿瘤干细胞(CSCs)或肿瘤起始细胞(TICs)是肿瘤细胞的一个亚群。它被认为是肿瘤异质性的决定因素之一,具有自我更新、高致瘤性、高侵袭性以及对各种治疗的抗性等特征。CSCs的存在已被明确地证明与多种恶性肿瘤的进展、复发和转移有关,同时也是导致肿瘤治疗失败的重要原因。还有研究表明,与分化良好的肿瘤相比,恶性程度高、预后差的分化不良肿瘤中往往CSCs表型丰度更高。因此,CSCs是癌症治疗领域的一个重要的挑战。



  南方医科大学沈折玉教授课题组长期聚焦于磁共振成像(MRI)造影剂及其肿瘤治疗应用研究,在近期工作基础上(Adv. Mater. 2024, 36, 2309562; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202318530; Adv. Mater. 2023, 35, 2305932; ACS Nano 2023, 17, 11492-11506; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2209278; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2213921; Adv. Sci. 2023, 10, 2205109; Biomaterials 2023, 302, 122300),本研究提出了一种双药时序治疗(DDST)的策略,即一种药物先用于CSCs的分化治疗,之后,另一种药物继续用于非CSCs肿瘤细胞的传统治疗。具体地,沈折玉教授带领课题组成员创新性地制备了一种双层中空介孔氧化亚铜纳米粒(DL-HMCON),通过DL-HMCON依次装载ATRA(视黄酸)和CPT(喜树碱),并在DL-HMCON表面修饰透明质酸(HA),从而成功合成了一种复合纳米药物CPT3@ATRA3@DL-HMCON@HA1a)。该复合纳米药物可靶向乳腺癌干细胞,并通过释放装载的ATRA诱导耐药性高的 CSCs分化为普通肿瘤细胞,之后,再通过释放装载的CPT杀伤非CSCs肿瘤细胞。同时载体本身释放的Cu+可以通过类芬顿反应诱导非CSCs肿瘤细胞发生铁死亡。实验结果表明,复合纳米药物CPT3@ATRA3@DL-HMCON@HA对富含CSCs的肿瘤具有很高的疗效,同时具有很高的生物安全性。该研究成果以Double-Layered Hollow Mesoporous Cuprous Oxide Nanoparticles for Double Drug Sequential Therapy of Tumors为题发表于材料领域国际顶级期刊Advanced Materials(影响因子29.4,中科院小类一区)。


 1. 复合纳米药物CPT@ATRA@DL-HMCON@HA的构建及其用于肿瘤DDST的机理示意图。


 2. CPT@ATRA@DL-HMCON@HA的制备与表征。


  复合纳米药物CPT@ATRA@DL-HMCON@HA按序释放CPTATRA后,对选择性消除肿瘤中的CSCs和非CSCs肿瘤细胞具有协同作用。CPT@ATRA@DL-HMCON@HACSCs摄取后,释放外层的 ATRA。释放的 ATRA 作用于 RAR,诱导耐药性高的 CSCs 向耐药性低的非 CSCs 分化,同时导致线粒体含量和细胞内 ROS 水平增加。CPT@ATRA@DL-HMCON@HA第二次释放内层的CPT诱导了非CSCs肿瘤细胞的凋亡。DL-HMCON 本身是一种普适性药物递送系统(DDS),第三次释放的 Cu+ 触发了细胞内类芬顿反应和 GSH 消耗,从而诱导了非CSCs肿瘤细胞的铁死亡。(1b)。


  透射电镜TEM)、比表面积分析、介孔孔径元素分析、透射电镜mappingX射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射仪(XRD)等实验结果均证实了复合纳米药物CPT@ATRA@DL-HMCON@HA的成功构建2 


3. DDST的细胞作用效果。


  MCF-7 4T1 肿瘤干细胞的激光扫描共聚焦荧光显微镜(LSCM)图像和流式细胞术的分析结果显示,DDST的机制是通过诱导肿瘤干细胞分化后,诱导其发生凋亡与铁死亡(3),揭示了CPT@ATRA@DL-HMCON@HA具有可用于肿瘤DDST的应用潜力。 


4. CPT@ATRA@DL-HMCON@HA的体内DDST效果评价。


  体内治疗结果显示CPT@ATRA@DL-HMCON@HA纳米粒能有效抑制肿瘤的生长并延长荷瘤小鼠的存活时间,展现出十分理想的肿瘤治疗效果(4)。综上所述,该研究工作充分证明了本文作者提出的DDST策略及其构建复合纳米药物CPT@ATRA@DL-HMCON@HA可用于肿瘤高效治疗,且对正常组织和细胞的毒性很小。


  南方医科大学硕士研究生李宗恒、博士研究生杨景为本文的共同第一作者,南方医科大学沈折玉教授为通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广州市重点研发计划等项目的资助。


  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202313212

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