近日,同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院石碩教授和同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院董春燕教授課題組跨學(xué)科合作研究的最新成果“Biodegradable oxygen-producing manganese-chelated metal organic frameworks for tumor-targeted synergistic chemo/photothermal/photodynamic therapy”發(fā)表在材料科學(xué)綜合期刊《ACTA BIOMATERIALIA》 (IF=10.633,一區(qū)),該論文證明一個(gè)可生物降解的產(chǎn)氧納米平臺(tái)對(duì)腫瘤具有極大抑制作用,并顯示了聯(lián)合腫瘤治療的巨大潛力。
△ 圖1
材料科學(xué)綜合期刊 Acta Biomaterialia
△ 圖2
納米材料Ini@PM-HP的制備和體內(nèi)多方法聯(lián)合治療腫瘤機(jī)理
光動(dòng)力療法(Photodynamic therapy, PDT)是一種新的腫瘤治療方法,是利用腫瘤細(xì)胞代謝活躍的特點(diǎn),在腫瘤組織內(nèi)注射藥物(光敏劑)使其濃度明顯高于周?chē)=M織。然后在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)用特定波長(zhǎng)的激光照射腫瘤組織,激活光敏劑,從而產(chǎn)生單氧離子,特異性破壞腫瘤細(xì)胞及腫瘤新生血管。
缺氧是腫瘤微環(huán)境(TME)的典型特征之一,光動(dòng)力療法需要氧氣的參與,并且會(huì)導(dǎo)致大量氧氣消耗,因此腫瘤血管系統(tǒng)供氧不足會(huì)嚴(yán)重影響PDT的治療效果。
為了改進(jìn)光動(dòng)力療法的治療效果,研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)可生物降解的產(chǎn)氧納米平臺(tái)(命名為Ini@PM-HP),由多孔金屬有機(jī)骨架(PCN-224(Mn))、核糖聚合酶(PARP)抑制劑和聚多巴胺修飾的透明質(zhì)酸(HA-PDA)組成。因?yàn)橥该髻|(zhì)酸可以特異性結(jié)合腫瘤細(xì)胞上過(guò)度表達(dá)的透明質(zhì)酸受體,Ini@PM-HP經(jīng)靜脈注射后,將更多的積聚在腫瘤部位,然后釋放抑制劑,從而使腫瘤細(xì)胞DNA修復(fù)功能失調(diào)并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。
過(guò)氧化氫(H2O2)是腫瘤組織中一種豐富的代謝物,局部濃度高達(dá)0.1–1 mM。H2O2的過(guò)度表達(dá)可以維持腫瘤的惡性表型,并激活缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α)的表達(dá),從而進(jìn)一步抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。因此,使用過(guò)氧化氫酶(CAT)將H2O2催化分解為H2O和O2是一種為光動(dòng)力療法提供氧氣的策略。
之前的研究表明,錳卟啉納米復(fù)合物具有類(lèi)似過(guò)氧化氫酶的性質(zhì)。然而,錳卟啉往往在物理生物環(huán)境中自聚集,導(dǎo)致催化活性差。金屬有機(jī)骨架(MOF)與FDA批準(zhǔn)的卟啉光敏劑作為配體進(jìn)行連接(如PCN-224、PCN-222等)可以防止卟啉光敏劑的自猝滅,并促進(jìn)氧氣分子的擴(kuò)散。因此,考慮在MOF的結(jié)構(gòu)中摻雜錳離子可以有效地促進(jìn)H2O2的分解并原位生成氧氣,緩解腫瘤缺氧的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的光動(dòng)力療法。
多功能納米材料體系的研究對(duì)開(kāi)發(fā)準(zhǔn)確、高效、低副作用的抗癌藥物具有重要意義。在這項(xiàng)工作中,一種可生物降解的產(chǎn)氧納米平臺(tái)(Ini@PM-HP)的設(shè)計(jì)和制造旨在克服腫瘤缺氧的微環(huán)境,可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向協(xié)同化學(xué)/光熱/光動(dòng)力治療。
靜脈注射后Ini@PM-HP由于HA的主動(dòng)靶向相互作用,顯示出對(duì)腫瘤部位的高度聚集。當(dāng)納米平臺(tái)進(jìn)入腫瘤細(xì)胞時(shí),由于腫瘤中較高的磷酸鹽濃度,伊尼帕利被釋放,從而導(dǎo)致DNA損傷修復(fù)功能失調(diào),促進(jìn)細(xì)胞凋亡。更具吸引力的是,Ini@PM-HP不僅可以通過(guò)與內(nèi)源性H2O2反應(yīng)原位生成氧氣,緩解缺氧的微環(huán)境,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的PDT,而且由于PDA的光熱轉(zhuǎn)換效率高,可以在808 nm激光下實(shí)現(xiàn)PTT。
△ 光熱治療(photothermal therapy,PTT),將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軞[瘤細(xì)胞的一種無(wú)創(chuàng)性腫瘤治療新方法。
△ 圖3
小鼠注射藥物后不同時(shí)間段主要器官和組織的熒光圖像
體外和體內(nèi)研究均表明,所制備的納米平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了高效的共傳遞,并顯示出有效的腫瘤生長(zhǎng)抑制能力。特別是,與單純化療/PDT/PTT相比,聯(lián)合治療的協(xié)同效應(yīng)在體內(nèi)表現(xiàn)出最佳的抗癌療效。總體而言,此納米平臺(tái)為同時(shí)進(jìn)行腫瘤的三種治療方式開(kāi)辟了新的可能性。
△ 圖4
實(shí)驗(yàn)使用博鷺騰AniView系列多模式動(dòng)物活體成像系統(tǒng)進(jìn)行拍攝
論文鏈接https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.10.032