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顧臻創新設計:序貫粒子兩種藥物靶定癌細胞不同部位
TRAIL透明質酸層+Dox多肽脂質內核雙重打擊癌細胞
【字體: 大 中 小 】 時間:2014年01月10日 來源:生物通
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顧博士團隊開發的一種‘序貫化’設計的定向藥物傳遞運載納米粒子,外殼是交聯化的包含有TRAIL的透明質酸(HA)層,脂質內核包裹Dox。HA與癌細胞膜上的受體相互作用,“抓住”納米粒子,分解HA,將TRAIL釋放到細胞膜上,引起細胞的死亡。HA外層破裂導致嵌入多肽的Dox-脂質核心,能夠穿透細胞膜進入癌細胞,進入核內體。內含的多肽引起核內體開始破裂,使Dox涌入細胞中,從而引起癌細胞的死亡。
在2014年1月2日的國際著名期刊《先進功能材料》上發表的一項研究中,北卡羅來納州立大學(NCSU)、北卡羅來納大學教堂山分校(UNC-CH)和中國藥科大學的研究人員發出一種納米粒子,能夠同時將兩種不同機制的抗癌藥物帶入人體,并分別將這些藥物傳遞到癌細胞中相應最有效的部位。納米醫學是隨著納米生物醫藥發展起來用納米技術解決醫學問題的學科,(Science子刊封面:癌癥納米醫學—從藥物傳遞到影像)納米技術和材料的發展將將給醫學領域帶來一場深刻的革命。
本文的資深作者、NCSU和UNC-CH聯合生物醫學工程系教授顧臻(Zhen Gu)博士說:“在實驗室小鼠身上進行的測試中,我們發現,與常規的治療技術相比,我們的技術使乳腺癌腫瘤的抑制出現了顯著的改善。”
顧博士指出:“癌細胞可以對化療藥物產生耐藥性,但是在多種藥物同時傳遞時,它們產生耐藥性的可能性大大下降。然而,不同的藥物往往靶定癌細胞的不同部位。例如,蛋白質藥物TRAIL,針對細胞膜最有效,而阿霉素(Dox)傳遞到細胞核時最有效。我們提出了一種序貫化+位點特異性的藥物傳遞技術,這種技術首先將TRAIL傳遞到癌細胞膜上,然后穿透膜,將Dox傳遞到細胞核。”
顧博士的研究團隊開發的納米粒子,具有透明質酸(HA)和TRAIL交織在一起形成的外層。HA與癌細胞膜上的受體相互作用,細胞膜可“抓住”納米粒子。癌細胞環境中的酶能夠分解HA,將TRAIL釋放到細胞膜上,最終引起細胞的死亡。
當HA外層破裂時,也將納米粒子的核心呈現出來,它是由嵌入多肽的Dox組成,使納米粒子核心能夠穿透進入癌細胞。癌細胞將這個核心裝入一個稱為核內體的保護性泡狀物中,但是納米粒子核心的多肽,能引起核內體開始破裂。這使Dox涌入細胞中,在那里它能穿透細胞核,從而引起細胞的死亡。
本文的第一作者是顧博士實驗室的Tianyue Jiang,她說:“我們使用一種‘序貫化’策略設計了這種藥物傳遞運載工具。”本文的作者之一、顧博士實驗室的博士后Ran Mo補充說:“不同的藥物能夠在正確的時間、正確的位置釋放。”
顧博士說:“這項研究是我們的第一個概念驗證,我們將繼續優化技術,使其效率更高。早期的結果非常的具有前景,我們認為這可以擴展為大規模的生產。”
這項研究,以“Gel–Liposome-Mediated Co-Delivery of Anticancer Membrane-Associated Proteins and Small-Molecule Drugs for Enhanced Therapeutic Efficacy”為題,發表在2014年1月2日的國際著名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。中國藥科大學教授周建平博士是本文的共同通訊作者,本文的共同作者還包括NCSU的本科生Adriano Bellotti。(生物通:王英)
注:顧臻,男,博士,江蘇海門人,漢族。美國北卡大學教堂山分校(UNC-CH)/北卡州立大學(NCSU)聯合生物醫學工程系教授(藥學工程方向),生物大分子診療工程實驗室主任。曾擔任美國麻省理工學院(MIT)化工系/哈佛大學醫學院Robert Langer教授實驗室博士后研究員。曾獲南京大學化學化工學院化學系理學學士學位及高分子科學與工程系理學碩士學位,美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)應用科學與工程學院工學博士學位。研究方向包括:藥物控釋,智能生物醫用材料及器件,生物芯片技術,新型微納加工技術及基于交叉學科的高效教學方法探究等。顧臻博士領導的實驗室緊扣藥物傳遞及組織工程的研究前沿,致力于癌癥、糖尿病及心腦血管疾病治療及診斷的新方法、新材料和新器件的研究及其成果轉化。
生物通推薦原文摘要:
Gel–Liposome-Mediated Co-Delivery of Anticancer Membrane-Associated Proteins and Small-Molecule Drugs for Enhanced Therapeutic Efficacy
Abstract: A programmed drug-delivery system that can transport different anticancer therapeutics to their distinct targets holds vast promise for cancer treatment. Herein, a core–shell-based “nanodepot” consisting of a liposomal core and a crosslinked-gel shell (designated Gelipo) is developed for the sequential and site-specific delivery (SSSD) of tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) and doxorubicin (Dox). As a small-molecule drug intercalating the nuclear DNA, Dox is loaded in the aqueous core of the liposome, while TRAIL, acting on the death receptor (DR) on the plasma membrane, is encapsulated in the outer shell made of crosslinked hyaluronic acid (HA). The degradation of the HA shell by HAase that is concentrated in the tumor environment results in the rapid extracellular release of TRAIL and subsequent internalization of the liposomes. The parallel activity of TRAIL and Dox show synergistic anticancer efficacy. The half-maximal inhibitory concentration (IC50) of TRAIL and Dox co-loaded Gelipo (TRAIL/Dox-Gelipo) toward human breast cancer (MDA-MB-231) cells is 83 ng mL–1 (Dox concentration), which presents a 5.9-fold increase in the cytotoxicity compared to 569 ng mL–1 of Dox-loaded Gelipo (Dox-Gelipo). Moreover, with the programmed choreography, Gelipo significantly improves the inhibition of the tumor growth in the MDA-MB-231 xenograft tumor animal model.