南京醫科大&北航等 Nat. Commun.：血液中觸發生成具有抗癌作用的鉑納米顆粒

【背景介紹】

隨著納米科學技術的迅速發展，金屬或金屬化合物納米顆粒（NPs）在活生物體中的使用也正在迅速增加。自從在人腦中發現磁鐵礦顆粒后，研究已發現其是氧化還原活性、表面電荷和磁性行為的獨特組合，并暗示著金屬NPs可以安全地應用于人體。事實上，抗癌藥-順鉑（Pt）、中藥使用汞佐劑、放射學中使用含釓造影劑都含有重金屬。順Pt已經被批準作為卵巢癌、睪丸癌、肺癌等癌癥的一線治療藥物，從而產生了多種基于順Pt的復合物。

已有研究發現基于金屬的物理化學性質，生理環境有利于將其轉化為金屬NPs。研究發現，當在水溶液中加入Zn離子時，會自發生成ZnO NPs（bio-ZnO NPs）。此外，NPs通常在循環中被蛋白質電暈覆蓋。有趣的是，基于貴金屬的NPs（Pt、Au、Ag等）可以自發吸收谷胱甘肽（GSH），而巰基作為封端配體，有助于癌癥治療。然而，這些金屬NPs存在的未知毒性、成本和人類研究的道德障礙阻礙了其臨床轉化應用。

【成果簡介】

基于此，南京醫科大學的張根講師和吳藝舟講師、北京航空航天大學的付玉明副教授以及國家納米科學中心的聶廣軍研究員（共同通訊作者）聯合報道了當利用順Pt治療患者時，在人體血液中體內檢測到生物形成的Pt NPs。這些自組裝迅速形成的Pt NPs，在腫瘤處累積，具有較長的循環半衰期，并且能通過腎小球濾過屏障進行緩慢的滲透。此外，Pt NPs在人類中是安全使用的，可以通過消耗細胞內的谷胱甘肽（GSH）和激活細胞凋亡來充當抗癌劑，以抑制對化療耐藥的腫瘤生長。當Pt NPs在體外負載化療藥物（柔紅霉素）時，極大的增強了對腫瘤的抑制活性，該制劑對耐柔紅霉素腫瘤模型也有效。這些體內產生的金屬NPs代表了一個生物相容性的藥物遞送平臺對化療耐藥腫瘤的治療。研究成果以題為“Blood-triggered generation of platinum nanoparticle functions as an anti-cancer agent”發布在國際著名期刊Nature Communications上。

【圖文解讀】

圖一、Pt NPs的表征
（a）人體血液中Pt NPs的生物合成示意圖；

（b）從患者血液中分離出的Pt NPs的EDS光譜；

（c）從患者血液中HPLC純化的Pt NPs的紫外可見吸收光譜；

（d）用DLS表征磷酸鹽緩沖液中Pt NPs的粒徑分布；

（e）點印跡法檢測Pt NPs中的人血清白蛋白；

（f）通過質譜法鑒定Pt NPs中的白蛋白。

圖二、利用順Pt化療后，Pt NPs的生物合成和代謝
（a）Pt NPs的成核和生長過程示意圖；

（b）利用順Pt治療后0.5 h（上），治療后0.5 h（中）和尿后24 h（下）血液中患者血液中Pt NPs的粒徑差異；

（c）順Pt化療后30天內，患者血液中Pt NPs的濃度；

（d）不同粒徑大小Pt NPs的腎小球濾過，發現Pt NPs<6 nm比Pt NPs>6 nm更容易通過GBM。

圖三、順Pt治療后，腎小球的超微結構

圖四、體內Pt NPs的腫瘤靶向和生物分布
（a）人腫瘤勻漿中Pt NPs的代表性TEM圖像；

（b）120 kV bio-TEM顯示從切除的患者腫瘤組織中積累的Pt NPs在腫瘤細胞中；

（c）定量人類腫瘤和鄰近的正常組織中的Pt NPs（n=3），*P<0.05；

（d）定量測定小鼠腫瘤和正常鄰近組織中的Pt NPs（n=3），*P<0.05；

（e）下拉測定法評估Pt NPs與SPARC的相互作用；

（f）在靜脈內注射NPs后，在DNR耐藥K562細胞異種移植裸鼠中的¹²⁵I-Pt NPs的NanoScan SPECT/CT成像；

（g）C57BL/6小鼠中⁶⁴Cu-SA和⁶⁴Cu-Pt NPs的時間依賴性生物分布。

圖五、體內Pt NPs的原位肝腫瘤靶向
（a）5只裸鼠的原位肝腫瘤的解剖位置和MIR成像；

（b）靜脈內注射1 μmg kg^-1 ICG結合的Pt NPs或1 μmg kg^-1 ICG結合的chem-Pt NPs后1-3 d的腫瘤NIR圖像；

（c）用1 μmg kg^-1 ICG偶聯的Pt NPs治療原位肝腫瘤模型的NIR圖像的三維重建；

（d）原位肝腫瘤的解剖位置和MIR成像；

（e）靜脈注射1 μmg kg^-1 ICG結合的Pt NPs或1 μmg kg^-1白蛋白結合紫杉醇（Abraxane）-ICG治療后1-2天，腫瘤的NIR圖像;

（f）1 mg/kg ICG偶聯的Pt NPs治療后腫瘤的NIR圖像的三維重建。

圖六、Pt NPs逆轉腫瘤細胞的DNR耐藥性
（a）用PBS、0.1 μmg kg^-1 DNR、1μmg kg^-1順Pt、1 μmg kg^-1的Pt NPs等處理DNR敏感和耐DNR的K562細胞荷瘤裸鼠；

（b）如圖a所示，處理對DNR敏感和對DNR有抵抗力的K562細胞或HepG2細胞，并處理腫瘤體積；

（c）對K562腫瘤組織切片進行TUNEL染色；

（d）確定凋亡細胞的百分比；

（e）對K562腫瘤裂解物中裂解的caspase-3、-8和-9的水平進行蛋白質印跡分析。

【小結】

綜上所述，作者證明了利用順Pt治療的患者血液中存在Pt NPs，表明了體內原位產生Pt NPs。該結果揭示了體內合成Pt NPs的生物合成機制中HSA和順鉑之間的相互作用，以及Pt NPs與血漿蛋白的自發相互作用，形成了所謂的蛋白電暈。此外，該發現有助于發現新的用于癌癥治療的藥物遞送系統。研究發現，Pt NPs可以在腫瘤中積累，并通過與HSA的相互作用而在人體中保留更長的時間。作者系統的證明了Pt NPs作為藥物遞送劑的潛力和可行性，能夠通過降低細胞內GSH水平并使DNR耐藥性腫瘤細胞對化療藥物敏感來逆轉DNR耐藥性。在Pt NPs上形成的電暈中的其他蛋白質對腫瘤治療非常有利，值得進一步研究。作為生物相容性的傳遞系統，Pt NPs不僅可以靶向腫瘤，而且還可以通過針對癌癥治療優化的定制電暈蛋白成分在體外形成。在Pt NPs的情況下，將金屬NPs的生物合成與抗癌藥物結合起來，形成了一種聯合治療藥物，該藥物有可能發展為針對耐藥性癌癥患者的個性化癌癥藥物。

文獻鏈接：Blood-triggered generation of platinum nanoparticle functions as an anti-cancer agent（Nature Communications, 2020, DOI: 10.1038/s41467-019-14131-z）

本文由CQR編譯。

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