高大威/樓宏銘團隊Chem. Eng. J.：仿生納米淋巴用于增強抗腫瘤藥物遞送和水動力治療效果

材料人編輯小單 1年前 (2022-08-02) 1476瀏覽

一 導讀

納米藥物遞送效率低是實體瘤治療失敗的主要潛在原因。據統計，納米藥物在腫瘤部位的積累量不超過總注射劑量的1%，而能通過深層滲透進入到腫瘤中心的納米藥物僅占積累量的2%。極低的藥物遞送和滲透效率導致納米藥物的臨床治療效果并不顯著，也是當前科研和臨床藥物研發過程中所面臨的一大挑戰。研究發現，腫瘤部位異常升高的腫瘤間質液壓力（Tumor interstitial fluid pressure, TIFP）是納米藥物遞送和治療效果的關鍵阻礙。這是由于血液通過血管間隙向腫瘤間質灌注時，在腫瘤區缺乏功能性的淋巴管和淋巴液回流，導致腫瘤間質的組織液滯留，無法回流到血液系統，間質壓力升高，間質向血液逐漸增大的壓力差阻礙了血液向腫瘤間質的持續輸注。治療過程中血液所攜帶的藥物也無法有效遞送到腫瘤深層組織，限制了納米藥物的治療效果。因此，如若能在腫瘤部位構建功能性的淋巴系統，就可以使腫瘤間質液順利回流到血液，解決由間質液積聚引起的TIFP升高問題，使血液攜帶藥物可以持續不斷地運輸到腫瘤深層組織，提高藥物的靶向積累和療效。

二 成果掠影

燕山大學高大威團隊和華南理工大學樓宏銘團隊合作研發了一種仿生型納米淋巴，通過光/壓電耦合催化腫瘤部位間質液分解，從而降低腫瘤部位的間質壓力，增強藥物滲透效率。首先制備了一種薄片狀石墨相氮化碳，并通過光沉積法負載Pt納米粒子，隨后加載化學發光劑魯米諾和腫瘤細胞膜（見下文圖1）。制備的仿生納米淋巴具有很好的光/壓電耦合催化解水性能，能產生超氧陰離子自由基和單線態氧自由基用于殺傷腫瘤細胞（見下文圖2）。隨著仿生納米淋巴到達腫瘤部位，過表達的過氧化氫激發魯米諾產生化學發光，隨后發生化學發光共振能量轉移，g-C3N4/Pt進行光解水作用，在超聲的協同作用下間質液的分解水作用明顯增強，腫瘤間質壓力降低，腫瘤部位的血液灌注明顯增強。隨著TIFP的降低，腫瘤部位藥物滲透明顯增強，最終實現腫瘤的完全治愈（見下文圖3）。基于此，作者創新性地通過光/壓電耦合降低水的含量來降低腫瘤間質液的體積，使TIFP降低，從而形成負向壓力差，打通類似淋巴回流樣的血液淋巴循環的路徑，使血液攜帶藥物持續向腫瘤組織深層運輸進行治療。本文的第一作者為燕山大學博士生叢聰，共同作者為華南理工大學博士生饒成，該研究成果以“Coupling piezo-photocatalysis to imitate lymphoid reflux for enhancing antitumor hydrodynamics therapy”為題發表在Chemical Engineering Journal上。

三、核心創新點

  1. 1. 利用光/壓電耦合催化解水降低腫瘤間質壓力，實現納米藥物的快速滲透。
  2. 2. 通過耦合催化增強活性氧自由基的產生，增強納米藥物的抗腫瘤效果。
  3. 增強水動力治療的治療效果，為納米藥物的臨床轉化提供前進的方向。

四、數據概覽

圖1 (A) g-C3N4, (B) g-C3N4/Pt-luminol, (C) 腫瘤細胞膜和 (D) 仿生納米淋巴的電鏡圖。仿生納米淋巴的 (E) 高分辨電鏡圖和 (F) 元素分析圖

圖2 (A) 光/壓電耦合催化解水產生活性氧自由基的機制圖；(B-C) 活性氧自由基的檢測；(D-E) PFM壓電性能檢測；(F) 仿生納米淋巴產生活性氧性能的檢測；(G) 解水效率

圖3 (A) 腫瘤部位血液灌注情況；(B) 腫瘤部位氧氣變化情況；(C) 腫瘤部位藥物積累

五、總結與展望

綜上所述，作者報道了一種增強的水動力治療策略，納米淋巴通過光/壓電耦合催化腫瘤間質液分解的速率為56.42 μL·h-1·g-1，使使TIFP降低了53.62%，從而使血液灌注明顯增強。與不分解間質液的納米藥物相比，納米淋巴在腫瘤部位的積累量提高了18.78倍。此外，ROS和Pt (II)具有較強的腫瘤清除活性。該策略為耦合壓電/光催化分解間質液以降低TIFP和增強腫瘤內給藥提供了更深入的見解，為納米催化醫學開辟了一個新的方向。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137981

DOI：10.1016/j.cej.2022.137981

 

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