大家好，今天给大家分享一篇发表在《Journal of the American Chemical Society》上的文章“DNA-Engineered Degradable Invisibility Cloaking for Tumor-Targeting Nanoparticles”，文章的通讯作者是上海大学的王丽华研究员、诸颖研究员以及上海交通大学的樊春海教授。![]()
1．简介
纳米颗粒（NP）递送系统已被积极用于癌症治疗和疫苗开发。然而，它们通常在体内表现出对血清蛋白的强烈非特异性吸附，导致它们在到达靶位点之前被肝巨噬细胞（例如Kupffer 细胞）过早隔离，这导致高肝潴留和毒性。合成涂层材料，如聚乙二醇（PEG）、聚（两性离子）等已显示出排斥非特异性蛋白质吸附的能力，从而使纳米载体能够逃避肝脏吞噬作用。
DNA 包被的纳米颗粒，也称为球形核酸（SNA），是表面密布着寡核苷酸的纳米颗粒。SNA 的核心可以由多种材料组成，例如NPs，脂质体和蛋白质，这些结构的整体物理化学性质主要由它们的核酸壳决定。在这些情况下，核酸壳具有活性功能，包括靶标结合、有效载荷偶联和免疫刺激。此外，纳米颗粒表面核酸的存在可以调节生物体液中血清蛋白质吸附模式（蛋白质电晕），从而影响其细胞摄取和生物分布。
【DEIC-NPs 示意图及作用机制】
作者发现SNA上的DNA壳可以作为DNA工程可降解隐形隐身（DEIC），用于体内治疗诊断剂的肿瘤靶向递送。我们表明，在静脉内给药后的初始阶段，DEIC-NPs 表现出抑制吞噬作用并导致低肝隔离的蛋白质吸附特性;而 DEIC 在体内的可编程降解促进了纳米颗粒的高度肿瘤积累（图 1）。最后，通过使用 Ag2S 量子点和纳米脂质体作为模型系统，我们证明了体内肿瘤靶向递送，肿瘤与肝脏比率（T/Li）高达 ∼5.1，如第二个近红外（NIR-II）窗口的成像所显示的那样。![]()
图1. DEIC-NPs的概念及其在肿瘤靶向传递中的应用。
【DEIC-NPs 的构建及体外可编程降解】
如图2a所示，DEIC-Lipo结构之间的间距明显增加，这可能归因于DEIC的存在导致静电排斥力增加。接下来比较了用不同DNA碱基组成（分别为A10、G10、C10和T10）制备的DEIC（图2b）。与DNase I孵育6小时后，纳米颗粒周围的低对比度壳已基本消失，表明DEIC发生了酶降解（图2c）。DNA层的荧光强度随着在DNase I中孵育而逐渐降低，而来自Ag2S的NIR-II 荧光核几乎没有变化（图2d）。DEIC降解速率的关系是A10 > A15 > A20（图2e）。当DEIC经历DNase I介导的降解时，我们观察到表面电荷从负电荷逐渐转化为正电荷（图2f）。用DNase I处理5小时后，全内反射荧光（TIRF）显微图像显示来自DEIC的荧光信号已基本消失，表明DEIC在纳米脂质体上的酶促降解（图2g）。处理后纳米脂质体的zeta电位从-38.5变为-6.3 mV（动态范围为~32.2 mV）（图2h）。![]()
图2. DEIC-Ag2S的可编程电荷转换。a)脂肪和DEIC-Lipo的低温透射电镜图像。b)分别用A10、G10、C10和T10制备的DEIC-Ag2S的TEM图像。c)DEIC-Ag2S纳米探针在DNA消化介导的转化前后的示意图和透射电镜图像。d)不同DNA长度的硫化银在DEICs上的转化，用凝胶荧光成像进行分析。e)归一化荧光强度随时间的变化。f)DEIC-Ag2S经DNA消化后的表面电荷转换动力学。g)DEIC在脂质体上的转化，用TIRF成像分析（左）和由荧光强度得到的衰减动力学（右）。h)DEIC-Lipo经DNA消化后的表面电荷转化动力学。
【DEIC-NPs 的蛋白质吸附和细胞摄取】
如图3a所示，注意到富含组氨酸的糖蛋白（HRG，一种调理素）的显著富集。由DEIC-Ag2S，与PEG-Ag2S相比，性能提高了~3.3倍（图3b）。用DEIC-Ag2S处理的细胞或DEIC-Lipo表现出低得多的荧光强度。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析进一步证实了DEIC包被和非DEIC包被的实体之间吞噬摄取的显著差异（图3c）。从共聚焦图像中确实观察到，与具有完整DEIC的纳米相比，消化了DEIC的纳米颗粒在肝癌细胞系HepG2中的摄取率显着更高（图3d）。![]()
图3.DEIC-NPs的蛋白质吸附和细胞摄取。a)热图显示了通过蛋白质组学质谱鉴定的PEG-Ag2S和DEIC-Ag2S蛋白冠中最丰富的前20个蛋白。b)对富含组氨酸的糖蛋白的相对丰度进行定量比较。c)共聚焦图像和ICP-MS定量描述了吞噬细胞对时钟和非锁定纳米颗粒的摄取。d)肝癌HepG2细胞消化DEIC前后细胞对DEICNP的摄取。
【DEIC-NPs 的肿瘤靶向递送】
如图4a所示，作者证明了DEIC-NP系统的体内肿瘤靶向递送能力。DEIC-Ag2S随着时间的推移，处理的小鼠表现出肝脏 NIR-II 信号的快速下降（图4b），这可能归因于上述DEIC排斥调理素和吸附血清中调理素的能力。另一方面，DEIC-Ag2S的肿瘤部位积累和PEG-Ag2S没有表现出显着差异。这种现象可能是由于DEIC降解造成的，这可能导致DEIC-Ag2S的电荷从负向正转移的改变，从而改变他们的血清蛋白吸附模式（图4c）。这些变化共同导致肿瘤与肝脏比值 （T/Li）扩增。注射后12小时，T/Li上升到大约5.1（图4d），超过实质性肿瘤特异性荧光成像一般阈值（2.5）的2倍以上（图4e）。裸纳米脂质体主要在注射后5小时内在肝脏中积累，在肿瘤部位观察到的荧光可以忽略不计（图4f）。值得注意的是，注射后5小时，DEIC-Lipo的肝脏荧光强度降低了约35.6%（图4g），而裸脂质体仅导致降低~19.4%。另一方面，DEIC-Lipo 引发的肿瘤荧光比裸脂质体引起的肿瘤荧光高5倍（图4h）。![]()
图4. DEIC-NPs的肿瘤靶向传递。a)注射PEG-Ag2S和DEIC-Ag2S后1−12 h，HepG2荷瘤裸鼠体内NIR-II荧光图像。b,c)肝脏(b)和肿瘤(c)在不同时间点的荧光强度。d)肿瘤-肝比值（T/Li）来源于（b,c）。e)DEIC-Ag2S与先前报道的几种纳米材料的T/Li的比较。f)注射裸脂质体和DEIC-Lipo后0−5 h，HepG2荷瘤裸鼠的体内NIR-I荧光图像。g,h)肝脏(g)和肿瘤(h)在不同时间点的荧光强度，分别由裸脂质体和DEIC-Lipo产生。
3. 总结与展望
总之，作者开发了一种DNA工程、可降解的隐形隐身系统，用于体内肿瘤靶向递送。该系统具有几个优点：（1）DEIC可以改变血清蛋白吸附在纳米颗粒表面的模式，从而抑制纳米颗粒-巨噬细胞相互作用并促进纳米颗粒的快速肝脏清除，从而减少肝脏潴留。（2）DEIC 可以在富含 DNase I的环境中降解，尤其是肝脏，从而能够转化表面蛋白质吸附，从而有利于肿瘤细胞进入。（3）DEIC降解速率可以通过DNA长度来编程。总的来说，这些优势共同导致小鼠肝肿瘤 NIR-II荧光成像的T/Li比率升高（高达5.1），优于许多以前报道的纳米系统。（4）鉴于建立了广泛的 SNA，作者设想这种通用方法可以应用于为具有不同功能的不同试剂构建纳米载体，从而实现广泛的肿瘤靶向生物医学应用。【文章链接】
https://doi.org/10.1021/jacs.4c09479
【DOI号】
10.1021/jacs.4c09479
IF = 14.4
