Nat. Mater.：定量自組裝預測產生有針對性的納米藥物

【背景介紹】

靶向納米藥物載體設計的一個重要限制是常常需要復雜的合成方案，導致較低的加載量和較高的臨床應用障礙。即使到最近為止，藥物包封成穩定的納米制劑的過程在很大程度上都是基于實驗層面。然而，近期有關硅片上納米制劑預測的報道表明，這一目標將成為納米技術中新的子領域“納米信息學”出現的主要貢獻。在藥物載體設計中，已經使用定量結構-性質關系（QSPR）計算來預測膠體藥物聚集，脂質制劑中的藥物負載以及體內性能。

【成果簡介】

近日，康奈爾大學Daniel A. Heller（通訊作者）等人描述了基于前體分子的分子結構自組裝成納米顆粒的精確和定量預測的靶向藥物遞送系統，前體分子是藥物本身。這些藥物可以借助硫酸化的吲哚菁進行裝配，形成高達90％的超高載藥量的顆粒，并設計了定量結構-納米粒子組裝預測（QSNAP）模型，以鑒定和驗證電拓撲分子作為納米組裝和納米粒子大小的高度預測性指標。所產生的納米粒子選擇性地將針對小窩蛋白-1表達的人結腸癌和原發性肝癌模型的激酶抑制劑靶向，以產生顯著的治療效果，同時避免健康皮膚中的pERK抑制。這一發現使得基于用于藥物有效載荷選擇定量模型的納米藥物計算設計成為可能。相關成果以題為“Quantitative self-assembly prediction yields targeted nanomedicines”發表在了Nature Materials上。

【圖文導讀】

圖1 吲哚菁-藥物自組裝納米粒子

a）嘗試用一組賦形劑將紫杉醇水分散的結果

b）最有效地懸浮藥物的染料賦形劑的化學結構

c）剛果紅/ IR783染料混合物懸浮前后的吸收光譜

d）沉淀和懸浮IR783-藥物混合物的圖像

e）IR783在引入導致沉淀形成的藥物時的吸收光譜

f）吲哚菁-藥物納米顆粒的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像

圖2 吲哚菁納米顆粒在2D和3D細胞培養物中的內化

a）不同細胞系中INP內化的熒光顯微照片

b）用化學抑制劑抑制內化機制

c）細胞系中的吲哚菁納米顆粒吸收

d）在CAV1剔除（綠色）和WT HCT116細胞（未染色）的共培養物中納米顆粒（索拉非尼INP）攝取

e）由兩種不同細胞系組成的腫瘤球體中的CAV1染色和腫瘤球體中的納米顆粒熒光

圖3 HCT116結腸癌模型中的抗腫瘤效力

a）接種后兩周HCT116異種移植物中CAV1和CD31表達的腫瘤切片的免疫組織化學染色

b）腫瘤生長抑制

c）每周一次的納米顆粒或游離藥物腹膜內注射（i.p; N = 6）相對于口服每日同等劑量的游離藥物的腫瘤生長抑制

d）處理期間荷瘤小鼠的重量

e）定量皮膚和腫瘤組織中的pERK的IHC染色面積除以未治療的腫瘤的平均染色面積

【小結】

這項研究發現了一種由小分子自組裝形成的靶向藥物載體納米粒子，并且可以通過計算方法以前所未有的確定性預測粒子自組裝過程。納米顆粒表現出高達90％的極高載藥量。摻入激酶抑制劑索拉非尼和曲美替尼的納米顆粒選擇性地靶向表達CAV1的人結腸癌和原發性肝癌模型以產生顯著的治療效果。

文獻鏈接：Quantitative self-assembly prediction yields targeted nanomedicines（Nat. Mater.,2018,DOI:10.1038/s41563-017-0007-z）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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