復旦Chem：“引擎-拖車”結構納米卡車用于增強的納米生物相互作用和成像介導的藥物遞送

我亦是行人 3年前 (2020-03-10) 4867瀏覽

【背景介紹】

近年來，基于納米材料的藥物遞送系統在癌癥治療中引起了廣泛的關注。研究表明，與小分子藥物相比，以納米粒子為載體的藥物遞送系統往往可以增加藥物分子的溶解性、降低藥物分子的非特異性毒性、調控其藥代動力學和生物分布。然而，納米藥物的未來發展需要納米粒子自身的生物特性能夠進一步改善和提高，包括良好的生物相容性、高效的藥物負載、智能可控的藥物釋放；尤其是增強的納米-生物相互作用，以延長納米粒子的血液循環時間，提高其腫瘤富集和細胞攝取性能。

納米尺度的粗糙界面在許多生物應用中表現出優異的性能，如生物成像、細菌抑制作用、藥物輸送。納米粒子的粗糙界面很大程度地影響其與生物分子（如蛋白質、基因分子）的粘附、細胞攝取和其在生物體內的分布和代謝。然而，目前報道的粗糙表面納米粒子通常表現出相對較低的生物相容性和比表面積（<200 m2/g），限制了其在納米醫藥的進一步應用。因此，基于納米粒子的納米藥物需要同時具備粗糙界面和高比表面積，以實現增強的納米生物相互作用和高效的藥物負載。

【成果簡介】

最近，復旦大學李曉民研究員和趙東元院士團隊開發了一種“引擎-拖車”結構的納米卡車用于增強的納米生物相互作用和成像指導的藥物遞送。作者通過界面能介導的各向異性生長策略制備了非對稱結構介孔“納米卡車”。該非對稱結構的納米卡車以粗糙表面的介孔二氧化硅（rSiO2）作為“引擎-車頭”，增強納米生物相互作用；以高比表面積的周期性介孔有機硅（PMO）納米棒作為“拖車-車廂”，提高藥物負載性能。通過進一步在粗糙的“引擎-車頭”植入上下轉換發光納米粒子，這種納米卡車不僅與腫瘤細胞具有增強的相互作用，而且具有長時間的血液循環和高效的腫瘤積累，并實現了體內近紅外光成像指導下的藥物可控遞送。相關成果“Engine-Trailer-Structured Nanotrucks for Efficient Nano-Bio Interactions and Bioimaging-Guided Drug Delivery”發表于Chem期刊上。

【圖文導讀】

圖一、納米卡車的結構和光學特性

（A）納米卡車（U /DCNP@SiO2@rSiO2＆PMO）的制備過程示意圖；

（B, C）納米卡車的SEM和TEM照片；

（D）核殼結構的“引擎-車頭”（U/DCNP@SiO2@rSiO2）和非對稱結構的納米卡車的氮氣吸脫曲線；

（E）納米卡車在980nm和808 nm近紅外光激發下的上轉換和下轉換發光光譜及光學照片。

圖二、介孔rSiO2＆PMO納米卡車的可控合成

（A-E）通過調整rSiO2納米粒子的初始量獲得的具有不同PMO長度的rSiO2＆PMO納米卡車。

（F-J）通過調節BTEE的濃度獲得的具有不同PMO直徑的rSiO2＆PMO納米卡車。

?圖三、界面能驅動的PMO納米棒各向同性和各向異性生長

（A）氨水濃度影響的粗糙界面PMO各向同性生長和各向異性生長之間的競爭關系示意圖；

（B）rSiO2納米粒子（i）以及在不同氨水濃度下： (ii) 1v/v%、(iii)2.25 v/v%、(iv)3.5 v/v%和(v)5v/v%，PMO在rSiO2表面生長所得納米粒子的TEM照片；

（C,D）2v/v%氨水濃度下，PMO在表面光滑的SiO2（C）和表面粗糙的rSiO2（D）上生長所得納米粒子TEM照片；

（E-G）光滑和粗糙界面上PMO成核生長示意圖。

圖四、立方相結構PMO在rSiO2表面的各向同性和各向異性生長

（A~C）在不同的氨水濃度下：（A）1 v/v％，（B）3 v/v％和（C）5 v/v％，立方介孔結構的PMO在rSiO2表面生長所得納米粒子的TEM照片；

（D）在5 v/v％的氨水濃度下所得的非對稱納米粒子rSiO2＆cPMO的SEM照片。

圖五、納米卡車增強藥物遞送的體外實驗

（A）U/DCNP@SiO2@mSiO2&PMO和U/DCNP@SiO2@rSiO2&PMO納米復合材料與MCF-7細胞共同培養10min、30min、1h和2h的共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）圖像；

（B）U/DCNP@SiO2@mSiO2&PMO和U/DCNP@SiO2@rSiO2&PMO納米復合材料的細胞攝取性能；

（C, D）PMO，mSiO2，rSiO2，U/DCNP@SiO2@mSiO2&PMO和U/DCNP@SiO2@rSiO2&PMO的溶血率及光學照片；

（E）核殼結構的“引擎-車頭”U/DCNP@SiO2@rSiO2和非對稱結構的納米卡車U/DCNP@SiO2@rSiO2&PMO的生物相容性；

（F）近紅外光響應可控藥物釋放的示意圖；

（G）在980nm 近紅外光間歇照射下，納米卡車的藥物釋放曲線；

（H）不同條件下處理的MCF-7細胞成活率。

圖六、納米卡車用于生物成像指導下的腫瘤富集及藥物遞送

（A）U/DCNP@SiO2@mSiO2＆PMO和U/DCNP@SiO2@rSiO2＆PMO納米復合材料處理后，MCF-7荷瘤小鼠不同時間段腫瘤區域的NIR-II活體成像；

（B, C）不同時間對腫瘤（B）和血液（C）中的U/DCNP@SiO2@mSiO2＆PMO和U/DCNP@SiO2@rSiO2＆PMO進行定量分析。

?【小結】

綜上所述，作者通過界面能介導的PMO納米棒在粗糙界面的各向異性生長，精巧合理設計并成功合成出非對稱結構rSiO2＆PMO納米卡車，并將其用于近紅外光成像指導的藥物遞送。合成的納米卡車具有均勻且可調的尺寸和結構。納米卡車的“引擎-車頭”可以嵌入U/DCNP進一步功能化，以用于生物體內成像和近紅外光響應的藥物控釋。該工作為設計多功能的藥物遞送系統提供了新的視角。

 

文獻鏈接：Engine-Trailer-Structured Nanotrucks for Efficient Nano-Bio Interactions and Bioimaging-Guided Drug Delivery（Chem.?2020, 6, 1-16.）

 

團隊在該領域的相關工作：

  1. Anisotropic Growth-Induced Synthesis of Dual-Compartment Janus Mesoporous Silica Nanoparticles for Bimodal Triggered Drugs Delivery, J. Am. Chem. Soc.,2014,?136, 15086;
  2. Anisotropic Encapsulation-Induced Synthesis of Asymmetric Single-Hole Mesoporous Nanocages,?J. Am. Chem. Soc.,2015,?137, 5903;
  3. Degradation-Restructuring Induced Anisotropic Epitaxial Growth for Fabrication of Asymmetric Diblock and Triblock Mesoporous Nanocomposites, Adv. Mater.,2017,?1701652.
  4. Facile Synthesis of Uniform Virus-like Mesoporous Silica Nanoparticles for Enhanced Cellular Internalization, ACS Cent. Sci.,?2017, 3, 8, 839.
  5. Spatial Isolation of Carbon and Silica in a Single Janus Mesoporous Nanoparticle with Tunable Amphiphilicity,?J. Am. Chem. Soc.,2018, 140, 10009.
  6. Surface-Kinetics Mediated Mesoporous Multipods for Enhanced Bacterial Adhesion and Inhibition, Nat.?Commun.,2019, 10, 4387.

本文由我亦是行人編譯。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱：tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenvip。

標簽：
分享到