杜金志&王均Nano Lett.：簇狀納米顆粒負載的PAMAM樹狀大分子的瘤內行為及療效研究

【研究背景】

近幾十年來，大量的研究表明，抗癌納米顆粒（NPs）的大小在決定其組織分布、腫瘤穿透、細胞內化和體內清除等方面起著至關重要的作用。目前大部分研究主要集中在尺寸為20到100 nm的納米顆粒上。生物體內如抗體、酶、核酸等多種生物大分子尺寸主要在10 nm左右及以下。這個尺度范圍內納米顆粒的尺寸對其效應所產生的影響近年來正引起廣泛的關注，但是受限于這一尺寸顆粒快速的清除效應及低效率的靶組織富集能力，如何將相同量的不同尺寸納米顆粒遞送至腫瘤組織一直是個重要挑戰。

【成果簡介】

近日，華南理工大學杜金志研究員與王均教授聯合“大載小”的多級納米藥物輸送體系，能夠在“大”尺寸載體上荷載具有不同體積的“小”尺寸載體，而當進入到腫瘤組織后，“小”載體在腫瘤微環境的刺激下快速解離并釋放出來，并進一步遞送藥物至腫瘤組織中。借由這一輸送平臺，我們可以克服小尺寸載體代謝清除快，富集量低以及不同的清除速度對腫瘤組織初始富集量的影響，進而可以系統性研究尺寸效應對于小尺度范圍內納米載體的抗腫瘤藥物遞送過程的影響。利用多級納米藥物輸送體系（iCluster），裝載不同代數的PAMAM樹狀大分子 (G3-、G5-、G7-PAMAM)。通過調控制備過程和各組分比例，獲得具有相似尺寸和表面化學性質，實現iCluster納米顆粒具有相似的藥代動力學和相似的腫瘤初始累積。在腫瘤部位積累后，單個小樹狀分子在腫瘤微環境中解離并釋放，從而進一步對其瘤內表現進行比較和探究。研究結果表明，小尺寸范圍下，納米載體性質細微的變化對其瘤內活動有顯著的影響，這也強調了小的NPs在瘤內表現上的細微差異的而引起的巨大影響。該文章近日以題為“Intratumor Performance and Therapeutic Efficacy of PAMAM Dendrimers Carried by Clustered Nanoparticles”發表在知名期刊Nano lett.上。

【圖文導讀】

圖一、G3-、G5-、G7- iCluster遞送系統在腫瘤內表現的示意圖

圖二、G3-, G5-, G7-iCluster的制備及表征

（a）通過自組裝方法制備iCluster NPs的示意圖以及在腫瘤酸性刺激下iClusters釋放PAMAM樹突狀大分子。

（b）不同添加比例的PAMAM-CDM-PCL/PEG-PCL對G3-iCluster的電位的變化。

（c）不同添加比例的PCL/PEG-PCL對G3-iCluster尺寸的影響。

（d）不同添加比例的PAMAM-CDM-PCL/PEG-PCL對G7-iCluster電位的變化

（e）不同添加比例的PCL/PEG-PCL對G7-iCluster尺寸的影響

（f）G3-、G5-和G7-iCluster TEM圖像。

圖三、G3-、G5-、G7-iCluster蛋白質吸附及藥動學研究

（a）蛋白吸附對iCluster NPs尺寸的影響。

（b）蛋白吸附對iCluster NPs電位的影響。

（c）在進行iCluster NPs吸附蛋白定量分析測定前，iCluster NPs與小鼠血漿孵育1 h。

（d）iCluster NPs靜脈注射后藥動學曲線。

關鍵的藥代動力學參數包括消除半衰期（e），曲線下面積（f），最大血清濃度（g）和平均停留時間（h）。

圖四、G3-、G5-和G7-iCluster/Pt的體內抗腫瘤研究

（a）C57BL/6小鼠經iCluster治療后原位腫瘤的生物熒光成像研究。

（b）對小鼠腫瘤信號進行量化處理。

（c）對小鼠腫瘤質量。

（d）治療結束時離體腫瘤的照片

圖五、不同PAMAM NPs的穿透能力

（a）37℃培養條件下染料標記的PAMAM NPs在Panc02 腫瘤細胞球中的微分布。

（b）熒光素標記G3-PAMAM、G5-PAMAM、G7-PAMAM孵育4 h后腫瘤細胞球中細胞的流式分析。

（c）FITC陽性細胞的百分比和陽性細胞的平均熒光強度(MFI)。

（d）與腫瘤細胞球孵育4小時后，上清液、細胞外空隙、細胞中的G3-PAMAM、G5-PAMAM、G7-PAMAM在的劑量。

（e）微流體裝置示意圖。

（f）隨著時間的推移，培養基中PAMAM的濃度逐漸降低，以模擬體內血液中微粒的清除。

（g）定量分析腫瘤組織內時間相關的熒光信號(綠色圓圈內)。

（h）腫瘤組織中時間相關的熒光信號的富集。

圖六、G3、G5和G7-iCluster在腫瘤中的積累和細胞內化

（a）全身性注射后，iCluster NPs在腫瘤組織的時間依賴性積累(n = 5)。

（b）NP在腫瘤組織處積累的曲線下面積。

（c）NPs在體內4h，16h，48h時的腫瘤細胞內化。

（d）羅丹明B在腫瘤細胞中的平均熒光強度。

（e）PCNA和TUNEL分析了不同劑型治療后Panc02腫瘤組織的變化。

（f）PCNA和TUNEL染色圖像量化。

【結論展望】

綜述所述，作者以G3-、G5-和G7- PAMAM樹狀大分子為模型，研究了小顆粒的瘤內表現和抗腫瘤活性。為了克服小顆粒的快速清除和實現相似的初始腫瘤積累量，這些PAMAM樹狀大分子被制備成具有相似大小和表面電荷性質的iCluster NPs。通過iCluster平臺，這些樹狀大分子表現出相似的血液藥代動力學和相似的腫瘤初始積累。但從iCluster平臺釋放后，這些差異微小的PAMAM樹狀大分子在瘤內表現和整體抗腫瘤活性上存在顯著差異。這也強調了微小顆粒在瘤內表現和抗腫瘤活性上的細微差異所產生的巨大影響，這可能有助于未來的納米醫學設計。

文獻鏈接：Intratumor Performance and Therapeutic Efficacy of PAMAM Dendrimers Carried by Clustered Nanoparticles (Nano Lett. 2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b03913)

課題組簡介：

王均教授：王均，博士，華南理工大學教授，博士生導師，英國皇家化學學會會士（2016），國家杰出青年基金獲得者（2011）和中國科學院“百人計劃”入選者（2005），“萬人計劃”科技創新領軍人才（2016）和科技部“中青年科技創新領軍人才”入選者（2013），國家重點研發計劃項目負責人（2017），現任華南理工大學生物醫學科學與工程學院院長。目前任美國基因和細胞治療協會（ASGCT）國際委員會委員，中國生物材料協會常務理事，中國醫藥生物技術協會納米生物技術分會副主任委員、中國生物材料學會智能仿生生物材料分會候任主委，Biomaterials副主編， Acta Biomaterialia和ChemNanoMat雜志編委，Theranostics客座編輯。在Science Translational Medicine、Nature Communications、Nature Nanotechnology、PNAS、Nano Letters、Angew Chem Int Ed、J Am Chem Soc、Advanced Materials、ACS Nano、Biomaterials等雜志發表研究論文180余篇，論文被引用10000余次。

杜金志研究員：杜金志，博士，華南理工大學特聘研究員，博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者、廣東省杰出青年基金獲得者。近年來，在PNAS、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Nano Lett.、Adv. Mater.、Biomaterials、J. Controlled Release等國際著名雜志發表研究論文40余篇。論文被SCI引用3000余次，單篇引用最高近600次。多篇論文入選ESI高被引。目前擔任《材料導報》執行編委；中國抗癌協會納米腫瘤學專業委員會第一屆青年委員、中國生物工程學會納米醫學與工程分會青年委員。

本文由大兵哥供稿。

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