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[材料资讯] 王春刚课题组首次合成新型类似“太极”的复合纳米颗粒

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发表于 2019-5-15 07:38:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
东北师范大王春刚教授团队和第二军医大学东方肝胆外科医院程树群教授团队合作,首次合成新型类似“太极”的复合纳米颗粒,将亲水/疏水不同尺寸客体分子储存、pH 响应药物释放以及上转换发光(UCL)/计算机断层扫描(CT)/磁共振(MR)成像等多种功能整合在一起。相关工作近日发表在英国皇家化学会纳米领域期刊 Nanoscale Horizons 上。
肝细胞癌(HCC)是世界范围内最“猖狂”的恶性肿瘤之一,尤其是在乙型肝炎(HBV)流行的亚太地区。肝切除或肝移植仍然是早期肝癌的一线治疗方法,但这对大多数中晚期肝癌患者并不适用。更不幸的是,即便完成肝切除术,术后五年癌症复发率也高达70%-80%。对于癌症复发或者无法手术的患者,化疗是可以依赖的治疗手段。不过,肿瘤对于传统化疗药物的不敏感性甚至耐药性会让化疗效果大打折扣。用一种药物载体递送两种作用机制不同的化疗药物,是对抗不敏感性甚至耐药性的有效方式,此外,如果这种药物载体还能整合诊断功能的话,就可以为患者提供更加个性化的诊疗一体化方案。
最近,东北师范大学王春刚教授团队和第二军医大学东方肝胆外科医院的程树群教授团队合作,首次合成新型类似“太极”的复合纳米颗粒,将亲水/疏水不同尺寸客体分子储存、pH响应药物释放以及上转换发光(UCL)/计算机断层扫描(CT)/磁共振(MR)成像等多种功能整合在一起。这种复合纳米颗粒具有独特的结构:外壳为具有分级孔结构的亲水性多孔SiO2,可保证在水中的分散;而疏水性的内腔包含堆叠在一起的超小的油酸包覆NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒(OA-UCNPs),具有太极状中空结构。这种独特的纳米结构,使得这种复合纳米颗粒除了可以用于多模式(UCL/CT/MR)成像诊断,还可有效负载多种不同尺寸药物,比如疏水性的5-氟尿嘧啶(5-Fu)、10-羟基喜树碱(HCPT)和紫杉醇(PTX),以及亲水性的多柔比星(DOX)。而且,不同大小不同亲水性的药物存储在不同空间,通过不同孔道释放,这非常有利于减少副作用、方便患者的个性化药物选择并增强诊疗协同效果。体外和体内实验结果证明,负载HCPT/DOX的这种“太极”复合纳米颗粒可作为优秀的纳米诊疗药物用于HCC的多模式成像引导协同双重药物治疗。

这种新颖的“太极”复合纳米颗粒是如何合成的呢?大体流程如图1上半部分所示。首先,按照常规方法合成聚丙烯酸(PAA)纳米颗粒(图2a);再加入稀土金属硝酸盐,并随后水解生成聚丙烯酸包裹的稀土氢氧化物(RE(OH)3/PAA)单分散纳米颗粒(图2b);再加入原硅酸四乙基酯(TEOS),以上一步得到的纳米颗粒为模板生长成小SiO2纳米颗粒堆叠而成的外壳;最后,在180 °C的水、油酸和乙醇(2:1:3)的混合物中进行简单的溶剂热反应24 h,就可得到“太极”复合纳米颗粒(图2e-f)。在溶剂热反应过程中,随着时间的增加,碱性环境下SiO2外壳被刻蚀,形成不同孔径的孔道;同时,RE(OH)3/PAA纳米颗粒中的PAA逐步溶解,而RE(OH)3则逐步转化为超小的油酸包覆NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒(OA-UCNPs)。伴随着PAA的溶解和上转换纳米颗粒的生成,最终复合纳米颗粒的形貌由实心球状转变为具有中空多孔SiO2壳的“太极”状。

复合纳米颗粒

复合纳米颗粒

为了研究“太极”复合纳米颗粒的药物释放速率,作者以疏水性的HCPT和亲水性的DOX为模型药物测定了不同酸碱度条件下“太极”复合纳米颗粒的药物释放曲线。此外,细胞实验证明同时负载HCPT/DOX的“太极”复合纳米颗粒表现出协同效应,对肿瘤细胞的细胞毒性比负载单一药物的纳米颗粒及其混合物(“鸡尾酒”体系)都要高,并具有明显的浓度依赖性。对于“太极”复合纳米颗粒,除了可以实现UCL成像之外,还可用于CT和MR成像,这表明了“太极”复合纳米颗粒作为多模式成像纳米诊疗平台具有广阔的应用前景。在治疗方面,作者将制备的“太极”复合纳米颗粒同时应用于CDX和PDX(cell line-derived xenograft and patients-derived xenograft models)两种鼠模型,结果一致表明负载HCPT/DOX的“太极”复合纳米颗粒的肿瘤抑制率最高,而且肿瘤体积最小,切片呈现大部分癌细胞被杀死。

总结
本文作者团队首次合成整合了亲水/疏水不同尺寸客体分子储存、pH响应药物释放以及UCL/CT/MR多模式成像等多种诊疗功能的“太极”状复合纳米颗粒。通过将不同亲水性、不同尺寸的客体分子药物分别储存,它们的释放互不干扰,在降低副作用的同时,也为患者个性化药物选择提供了更好的方案。同一种载体负载不同的药物,“太极”复合纳米颗粒具有协同增效的效果,体外实验和体内实验皆证实负载两种药物的“太极”复合纳米颗粒具有最高的抗癌活性。复合纳米颗粒本身还支持UCL/CT/MR多模式成像,这意味着这种多功能纳米诊疗平台具有广阔的应用前景。

王春刚, 博士,东北师范大学化学学院教授, 博士生导师, 教育部新世纪人才, 东师仿吾青年学者。2001年于吉林师范大学获得学士学位, 2004年于东北师范大学获得硕士学位, 2007年于东北师范大学获得博士学位, 2007年10月至2009年3月在美国普渡大学从事博士后研究。主要研究方向是多功能纳米材料的制备及在重大疾病诊治和能源中的应用研究。近五年, 主持科技部“863” 子课题, 教育部新世纪人才支持计划项目, 国家自然科学基金面上项目, 吉林省中青年科技创新领军人才及团队等项目,以第一作者通讯联系人身份在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., Small, Chem. Commun., Nanoscale等学术期刊上发表了60多篇SCI论文。

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