Nature子刊：硅化鎂納米粒作為脫氧劑用于腫瘤饑餓療法

Hercy 7年前 (2017-01-22) 6604瀏覽

【引言】

氧氣含量對于腫瘤生長而言至關重要，因此減少腫瘤內氧含量可作為一種極具潛力的腫瘤饑餓治療策略。良好的脫氧制劑需要達到良好的生物相容性、強脫氧效率及長效脫氧效果。脫氧劑用于腫瘤饑餓療法的另一難題在于如何解決由血管帶來的腫瘤部位快速氧氣濃度回升的問題。

【成果簡介】

最近，中科院上海硅酸研究所的施劍林教授、華東師范大學的步文博教授（共同共通訊作者）在Nature Nanotechnology雜志上發表了題為“Magnesium silicide nanoparticles as a deoxygenation agent for cancer starvation therapy”的文章。以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）包裹Mg2Si納米粒作為脫氧劑，實現特異性腫瘤饑餓治療。針對腫瘤微酸環境，Mg₂Si納米粒可直接消耗腫瘤內部氧氣，降低腫瘤氧氣濃度，同時產生難溶性SiO₂聚集顆粒，阻斷腫瘤毛細血管，進一步維持腫瘤內部缺氧條件，解決腫瘤部位快速氧濃度回升的問題。

【圖文導讀】

如圖1所示，Mg₂Si納米粒經過瘤內注射進入腫瘤組織，在腫瘤組織微酸環境下，Mg₂Si納米粒可被激活發生化學反應，直接消耗腫瘤內部氧氣。該反應可同時產生SiO₂, SiO₂可在腫瘤毛細血管中形成難容聚集顆粒，阻斷腫瘤局部毛細血管血供，進而維持腫瘤局部缺氧條件，實現有效的腫瘤氧氣饑餓治療。

為了制備可注射Mg₂Si納米粒，作者采用特殊的自蔓延高溫合成法（SHS）制備Mg₂Si納米粒。放熱過程中O₂可以與Mg反應并引發Mg與Si反應，EDS結果（圖2c）顯示該納米粒呈現Mg₂Si/MgO的核殼結構，MgO副產物外殼可以阻止內部Mg₂Si被氧化。通過將MgO外殼洗去并包裹PVP外膜，最終成功制備粒徑100nm以下的均勻分散的Mg₂Si納米粒（圖2d-g）。

將Mg₂Si納米粒在pH7.4、6.5及4.5條件下透析發現，腫瘤微酸環境pH條件下,該納米粒可以顯著降低氧氣含量（圖3a）。與此同時，該納米粒可形成 SiO₂聚集顆粒（圖3d-j）。Mg₂Si納米粒不但可以直接降低血流中的游離氧，還可有效競爭氧合血紅蛋白中的氧，將其還原為缺氧血紅蛋白（圖3k,l）。

體外細胞水平實驗證實，該Mg₂Si納米粒在腫瘤微酸條件下可有效降低細胞內氧含量（圖4a-d），升高細胞HIF-1α蛋白表達量（圖4e,f），有效抑制細胞生長（圖4g），造成細胞不可逆凋亡。

體內光聲成像結果顯示，該Mg₂Si納米粒可有效降低腫瘤內氧含量（圖5a-f）；藥效結果顯示該Mg₂Si納米粒相較于對照組有明顯的腫瘤抑制效果（圖5h-k）。MRI結果顯示Mg₂Si納米粒脫氧反應產生的難溶性SiO₂聚集顆粒可有效進一步阻塞腫瘤毛細血管，增強腫瘤內部缺氧效果（圖6）。

圖1.?Mg2Si納米粒瘤內注射腫瘤饑餓治療示意圖