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Nature子刊:创新纳米药物,3大步“直击”转移性肿瘤细胞

2016/03/16 来源:生物探索
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导读
传统癌症治疗方案是手术结合放化疗。对于大多数癌症患者而言,除了化疗的痛苦之外,承受最大的风险则是癌细胞转移。近期,来自于美国休斯敦卫理公会研究所的研究团队研发出一种新方法,能够将抗癌药物直接靶向转移的癌细胞。


传统癌症治疗方案是手术结合放化疗。对于大多数癌症患者而言,除了化疗的痛苦之外,承受最大的风险则是癌细胞转移。近期,来自于美国休斯敦卫理公会研究所的研究团队研发出一种新方法,能够将抗癌药物直接靶向转移的癌细胞。

方法的创新点在于通过将抗癌药物与纳米材料结合,直接靶向转移恶性细胞,巧妙地避免化疗药物对正常细胞的损伤,从而减缓患者接受药物治疗的痛苦。过程类似于 “多级火箭”将宇航员运载出地球,抵达月球并安全返回。

构建纳米发电机:多孔硅颗粒装填抗肿瘤药物,实现靶向治疗

这一疗法的核心是抗肿瘤广谱药——阿霉素(doxorubicin,Dox)。多年来,阿霉素一直是癌症治疗的中流砥柱,可用于对抗多种肿瘤。它通过抑制DNA、RNA合成,阻止肿瘤细胞分裂。但是该药物随血液运输会对心肌细胞造成损伤,导致心力衰竭。所以常常不得不降低治疗剂量或者彻底停止用药。

所以,如何规避不良反应,将阿霉素直接靶向肿瘤细胞?这是一个重大挑战,因为肿瘤细胞膜上的蛋白通道会将大部分药物阻挡在细胞外。美国休斯敦卫理公会研究所的纳米医学专家Mauro Ferrari团队结合纳米医学的理念,开创了新的药物治疗策略。

团队耗时多年将多孔硅纳米颗粒开发成药物载体,从药物装载、靶向运输到定点释放,3大步环环相扣,将药物成功投入转移性癌细胞并在核位置释放:

第一步:药物装载,形成纳米发电机(iNPG-pDox)

为了使得尽可能多的阿霉素进入转移性肿瘤细胞,并顺利通过细胞膜蛋白通道,Ferrari团队将多个阿霉素分子串联形成了一个多阿霉素聚合物(p-Dox)。他们将聚合物装填入多孔硅颗粒。装载有多阿霉素聚合物的多孔硅颗粒相当于纳米发电机(iNPG- pDox),负责阿霉素药物运输和靶向作用于癌变细胞

第二步:靶向运输,“发电机”溶解释放出药物

纳米颗粒的微型尺寸以及圆盘的外形,为iNPG- pDox在血管中畅通无阻地流动提供了保证。而肿瘤周围的血管往往是畸形且破损的,所以纳米颗粒会从畸形血管中遗漏,并在肿瘤细胞群区域富集。

以患有转移性肝癌和肺癌的老鼠作为动物模型,将含药物的颗粒注射到老鼠中。结果显示,多孔硅颗粒在肿瘤细胞群区域集合,并且纳米颗粒会在2-4周内慢慢降解。


装载有多阿霉素聚合物(p-Dox)的多孔硅颗粒相当于纳米发电机(iNPG),负责阿霉素药物的运输。从iNPG释放出来的p-Dox,会再次环绕成纳米粒大小的微型小球进入肿瘤细胞。

第三步:定点释放,药物环绕成小球状进入肿瘤细胞

随着纳米颗粒iNPG- pDox的降解,其包裹的化学药物p-Dox被释放出来。在肿瘤微环境中,p-Dox会再次环绕形成纳米大小的微小球。每个小球只有20-80纳米大小,这与细胞之间为物质交流而分泌的囊泡尺寸一致,从而使得阿霉素微小球也能够轻易穿过膜蛋白通道,进入肿瘤细胞。

神奇的是,进入肿瘤细胞内部的微小球会想细胞核区域靠近。为什么药物会靶向细胞核?Ferrari 表示,即便这正是研究人员所期冀的结果,但是对其机理还不清楚。研究人员注意到,相比于细胞膜,药物靶向的细胞核区域称酸性环境。他们设计的聚合物能够在酸性条件下溶解释放出单个阿霉素分子,从而提高药物特异性杀伤癌细胞的效率。

接受动物试验的患癌老鼠中,治疗8个月后高达50%没有出现转移性肿瘤迹象。对于人类,研究人员表示这一治疗效果相当于癌症治愈24年。相关研究成果于3月14日发表在《Nature Biotechnology》。

这一药物靶向的研究并不是纳米医学的首次应用。根据《柳叶刀》最新发表的研究文章,超50种纳米药物正处于临床试验。目前,该创新纳米药物仅仅在动物模型上成功进行,休斯敦卫理公会研究所已经为这种药物建立了良好的生产规范(GMP),并计划将在一年内开展临床试验,尽早获得FDA批准。

备注:文章编译、整理自Science网站。

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