華科劉筆鋒Adv. Funct. Mater.：雙配體修飾外泌體的化療-光熱協同靶向腫瘤治療法

【引言】

癌癥是世界上最具破壞性的疾病，化療是目前治愈癌癥最廣泛使用的治療方法之一。外泌體是由細胞釋放的納米膜囊泡(直徑50-150 nm)，可以從體液和細胞培養上清液中輕易分離得到。外泌體具有良好的生物相容性和無免疫原性，是一種性能優異的藥物載體。此外，外泌體還能穿過血腦屏障和致密的結構組織。然而，賦予外泌體優異的腫瘤靶向能力極具挑戰性，因此很少被報道。此外，如何控制釋放包被在外泌體中的藥物是一個難題，目前尚未解決。

通過嚴格而復雜的遺傳操作，將靶向肽或蛋白整合到外泌體中，使其在外泌體供體細胞中表達，能夠使外泌體具有靶向性。除了配體介導的靶向外，磁性藥物靶向還提供了一種非侵入性的替代方法，以提高治療效果。然而，準確定位是一項困難的工作，靶向效果不僅取決于磁性氧化鐵納米粒子的性質，還取決于殼層的選擇、藥物的連接類型和血流速度。因此，開發一種能夠靶向給藥和控制藥物釋放的外泌體載體非常有必要。

【成果簡介】

近日，華中科技大學的劉筆鋒教授（通訊作者）等人利用供體細胞輔助膜改性的方法，通過生物組合設計，首次制備了具有光敏功能的的外泌體。并在Advanced Functional Materials上發表了題為"Designer Exosomes for Active Targeted Chemo-Photothermal Synergistic Tumor Therapy"的研究論文。該團隊設計的外泌體結合了合成材料和天然納米粒子的優點，不僅保留了天然外泌體固有的功能，而且還像合成納米載體一樣，具有多種有效的腫瘤靶向性和控釋能力。通過雙配體介導的內吞作用，能夠有效地在靶腫瘤部位積累，結合金納米棒在近紅外照射下產生的局部熱療，會影響外泌體膜的通透性，促進外泌體的藥物釋放，進而抑制腫瘤的復發。此外，設計的全能外泌體還通過合成材料工程獲得更繁雜功能，提供功能載體，有望在未來實現個性化的、精確的癌癥治療。

【圖文導讀】

圖1 FA-AuNR@RGD-DOX-Exos的性能表征

A)未經修飾的外泌體RGD-Exos-SH和FA-AuNR @ RGD-Exos的流體力學直徑分布圖和TEM圖像

B)流式細胞儀檢測未修飾外泌體、AuNR@RGD-Exos、AuNR@RGD-Exos和FA-AuNR@RGD-DOX-Exos上的FA和RGD

C)未修飾的外泌體、AuNR-，RGD-和巰基功能化的外泌體（RGD-Exos-SH），NH₂-AuNR@RGD-Exos和FA-AuNR@RGD-Exos 的紫外可見光譜

D)未修飾的外泌體、RGD-和巰基功能化外泌體(RGD-Exos-SH)和FA-AuNR@RGD-Exos的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)

圖2 AuNR@Exos的光熱轉換效應

A)水分散的AuNR@Exos (1.0 mg?mL^?1)在NIR(808 nm，1.0 W?cm^?2)輻照下的紅外成像

B)AuNR@Exos (1.0 mg?mL^?1)在NIR (808 nm, 1.0 W?cm^?2)輻照下的光熱加熱曲線

C)NIR照射下AuNR@Exos釋放藥物示意圖

D)不同濃度DOX的紫外-可見光譜

E)AuNR@Exos和外泌體在不同PH值下的釋藥譜

F)AuNR@DOX-Exos 和AuNRs在NIR (808 nm，1.0 W?cm^?2，5 min)輻照下的抗腫瘤效果圖

G)AuNR@DOX-Exos作用4h后，NIR(808 nm，1.0 W?cm^?2，6 min)輻照后的HeLa癌細胞熒光圖像的研究

H)AuNR@DOX-Exos在NIR輻照下的抗腫瘤效果圖

圖3 FA-AuNR@RGD-DOX-Exos的體外癌細胞靶向性

A)熒光標記的FA-AuNR@RGD-DOX-Exos共聚焦顯微圖像，圖中藍色是染色的細胞核，紅色是DOX，綠色是FITC標記的R-F/P/Au-DOX-Exos

B)孵育FA-AuNR@RGD-DOX-Exos 4h后，癌細胞的流式細胞檢測分析

C)用膜聯蛋白V-FITC/PI染色的不同濃度的FA-AuNR@RGD-DOX-Exos孵育的MCF-7和HeLa細胞凋亡的流式細胞檢測分析

D)不同濃度DOX包封的FA-AuNR@RGD-DOX-Exos中的MCF-7細胞和HeLa細胞的存活率

E)用ICP-MS法測定含有不同濃度的FA-AuNR@RGD-DOX-Exos細胞中Au的含量

圖4 功能化的FA-AuNR@RGD-DOX-Exos在荷瘤小鼠體內的靶向作用

A)左圖：小鼠體內注射單配體和雙配體功能化AuNR@DOX-Exos的NIR熒光圖像；右圖：注射48h后，腫瘤及其他主要器官的活體熒光圖像

B)癌組織和主要器官中DOX的濃度分布圖

C)癌組織和主要器官中Au的濃度分布圖

圖5 注射FA-AuNR@RGD-DOX-Exos后的HeLa異種移植裸鼠體內熒光顯像

A)注射FA-AuNR@RGD-DOX-Exos后不同時間內HeLa異種移植裸鼠體內熒光顯像

B)小鼠腫瘤組織中FA-AuNR@RGD-DOX-Exos在808nm (1.0w?cm^-2，10min)光照射下的熱成像

C)小鼠腫瘤組織中FA-AuNR@RGD-DOX-Exos在808nm(1.0w?cm^-2，10min) 光照射的光熱加熱曲線

D)注射48h后，腫瘤及其他主要器官的活體熒光圖

圖6 荷瘤小鼠實體實驗

A)不同納米載體(生理鹽水，FA-AuNR，FA-AuNR@DOX-Exos，FA-AuNR@RGD-Exos和FA-AuNR@RGD-DOX-Exos）和NIR照射后小鼠移植瘤在第4天(左)和第15天(右)的代表性圖像

B)在NIR照射下，靜脈注射不同的納米載體后腫瘤的生長曲線

C)實驗結束后典型腫瘤的圖像

D)荷瘤裸鼠靜脈注射不同納米載體后的累積存活率

E)治療過程中小鼠體重的變化

F)注射200L不同納米載體(生理鹽水，FA-AuNR，FA-AuNR@RGD-Exos，FA-AuNR@DOX-Exos和FA-AuNR@RGD-DOX-Exos) (5.0mg?mL^?1)的小鼠腫瘤切片的TUNEL染色圖和NIR (808nm， 1.0W?cm^?2，6min) 輻射的小鼠腫瘤切片圖

【小結】

研究表明，外泌體作為藥物釋放載體具有一定優勢，它不僅可以在細胞間有效運輸藥物，還可以克服各種生物障礙。然而，外泌體在臨床應用中還存在一些挑戰，例如開發具有靶向給藥和控制藥物釋放的外泌體。迄今為止，還沒有關于同時實現主動靶向和刺激反應受控外泌體方法的報道。為了提高治療效果和減少副作用，基于雙配體修飾，研究開發了一個功能化的AuNR結合外泌體(FA-AuNR@RGD-Exos)，可以作為靶向聯合化療-光熱治療的載體。通過受體介導的內吞作用，構建的外泌體可以高效地聚集在腫瘤部位，具有雙配體協同靶向作用。附著在外泌體上的AuNRs能高效地將NIR光轉化為熱。此外，熱還可以通過影響脂質雙層和/或跨膜蛋白來促進藥物從載體上的釋放，從而影響外泌體膜的通透性。值得注意的是，通過遠程控制NIR的激光參數(包括光斑大小和激光功率密度)，可以實現快速選擇和局部激活。結果表明，FA-AuNR@RGD-Exos在體內外均表現出顯著的化學-光熱協同效應。作為一種新型的“生物科技藥物”載體，具有良好的治療效果和精確的腫瘤治療靶向能力。

文獻鏈接：Designer Exosomes for Active Targeted Chemo‐Photothermal Synergistic Tumor Therapy?(Adv. Funct. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adfm.201707360)

本文由材料人編輯部王飛編譯，周夢青審核，點我加入材料人編輯部。

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