Small丨北京航空航天大学冯林等团队研究表明双响应抗体偶联聚乙二醇化顺磁纳米机器人高效靶向肝癌细胞

学术   2024-12-05 21:44   北京  


iNature

肝细胞癌(HCC)是全球癌症死亡的主要原因。与传统的分子靶向药物不同,微/纳米机器人递送磁控药物提高了肿瘤靶向的精度、药物效率并最大限度地减少了副作用。

2024年11月27日,北京航空航天大学冯林、Xu Junjie和首都医科大学Li Guangming共同通讯在 Small 在线发表题为 Dual Responsive Magnetic DCR3 Nanoparticles: A New Strategy for Efficiently Targeting Hepatocellular Carcinoma” 的研究论文。该研究使用与诱饵受体3(DCR3)抗体偶联的聚乙二醇化顺磁性纳米颗粒,开发了一种双响应、磁控药物递送系统。

顺磁性聚乙二醇化颗粒在磁控系统内形成涡流和液体状药物,涡旋状纳米粒子簇表现出高可控性和逆流运动,而液纳米粒子机器人簇具有更强的变形能力。负载DCR3抗体后,纳米颗粒在血液和组织中沿着DCR3蛋白梯度行进,在体内有效靶向肝脏肿瘤部位。DCR3偶联磁性纳米颗粒簇靶向高表达DCR3的细胞,从而有效抑制肿瘤细胞增殖和迁移。与传统纳米药物相比,DCR3偶联磁性纳米颗粒簇能够长距离、可控递送药物并以分子靶向方式进行响应,有望对肿瘤精准给药领域产生重大影响。

肝细胞癌(HCC)是肝癌的主要组织学亚型,占所有原发性肝癌的90%,是2016年癌症相关死亡的第六大原因。世界卫生组织估计,到2030年,将有100万患者死于肝癌。肝切除术、消融术、肝移植术、介入性输液疗法和化疗等传统疗法的效果取决于患者病情,但肝癌死亡率每年都在增加。

计算生物学研究揭示了HCC发生的分子机制,并确定了潜在的治疗靶点,强调了创新治疗策略的紧迫性。诱饵受体3(DCR3)是TNF受体超家族的成员,在许多恶性肿瘤中上调。研究表明,DCR3通过DCR3/STAT1/IRF1反馈回路促进胰腺癌细胞的增殖和侵袭。值得注意的是,并未在非肿瘤组织中检测到DCR3,但DCR3在恶性癌症中高度表达。通过沉默或减少DCR3相关基因的表达可增强Fas介导的细胞凋亡并影响肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。DCR3 mRNA和蛋白在HepG2和SMCC7721(肝癌)细胞中高度表达,而在LO2(正常肝脏)细胞中几乎未检测到。因此,DCR3有望成为新的小分子治疗靶点,增强药物向肿瘤部位的递送并提高肿瘤治疗效果。

图1 Fe NPs-DCR3有效靶向示意图(摘自Small

氧化铁纳米颗粒是典型的磁性纳米颗粒,具有优异的磁性、生物相容性、低毒性、生物降解性,在生物医学领域引起了极大的关注,特别是对于靶向药物/基因递送系统。使用磁性微粒和纳米颗粒作为载体,将药物靶向输送到特定的身体部位的概念起源于1970年代后期。近年来,磁性微粒和纳米颗粒,尤其是氧化铁纳米颗粒,由于其生物相容性、磁响应性和在交变磁场下产生热量等性质,在生物医学应用中受到了极大的关注。值得注意的是,氧化铁纳米颗粒能够以几乎无创且无害的方式深入渗透到肿瘤组织中。利用氧化铁纳米颗粒功能化的靶向配体可以显著提高微型/纳米机器人的靶向功效,已经开发了以叶酸等作为靶向配体的具有特定靶向能力的磁性微型机器人。此外,氧化铁纳米颗粒已应用于肿瘤治疗,在体外和体内实验中肿瘤细胞杀伤效果显著。磁性微型机器人在生物医学中的应用潜力日益凸显,为癌症治疗提供了精确靶向、可控递送的创新策略。

自然界中,经常观察到鸟类群集和蚂蚁聚集等集体行为,启发研究学者设计机器人集群,在生物医学和工程应用中执行复杂的任务。群体是高度可控的,甚至可以通过促进群体中个体之间的合作或互动获得超越单个机器人的能力。如微型/纳米机器人群体可以改变其形态,穿过狭窄的通道或操纵比单个机器人大得多的物体。机器人集群还将表现出单个纳米颗粒所不具备的功能,或提供比单个纳米机器人更大的药物剂量。此外,在磁性纳米粒子集群的实时成像方面已经取得了重大进展,能够在活生物体中观察这些粒子群。

图1 Fe NPs-DCR3有效靶向示意图(摘自Small

该研究制备了双响应纳米颗粒,其能够进行磁驱动运动和趋化行为,在血液和组织中沿DCR3蛋白梯度移动,有效地靶向肝脏肿瘤部位。由于颗粒之间的磁相互作用,可以使用特殊的磁场控制30nm的聚乙二醇化氧化铁颗粒(FeNPs)集群。使用旋转磁铁形成涡流形纳米颗粒机器人群(VNS),在振荡磁场存在下,形成液态纳米粒子机器人群(LNS),高度可控性使其成为优良的药物递送载体。作者将Fe NPs与DCR3抗体偶联(形成Fe NPs-DCR3),DCR3抗体具有特异性识别和结合DCR3位点的特能力。与在健康组织中的表达水平相比,DCR3位点在肝癌细胞中明显上调。通过体外和体内研验证了Fe NPs-DCR3的DCR3抗体和磁靶向特性,将Fe NPs-DCR3与化疗药物偶联,联合DCR3的归巢能力和磁场的精确操纵,为肝癌治疗提供了一种有效靶向策略。


参考消息:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202402909

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