两性离子修饰的双响应纳米平台用于肿瘤联合治疗获新进展

 恶性肿瘤已成为人类生命健康的一个重大威胁，对肿瘤的早诊断早治疗也成为了研究者们攻克恶性肿瘤的突破点。单纯的治疗手段均存在无可避免的自身缺陷，所以联合治疗手段相结合成为了治疗肿瘤的不二选择。除了传统的手术切除、化疗以及放疗等治疗手段，众多新兴治疗方式也获得了科研工作者的青睐。其中光热治疗（photothermal therapy，PTT）以其能利用近红外区域的光热转换试剂将光能转换成热能，而成为一种潜在的治疗肿瘤的强有力的手段。光热治疗一方面通过破坏癌细胞膜结构，引起细胞核内的DNA、RNA和蛋白质变性而造成细胞不可逆的损伤；另一方面可促使肿瘤组织缺血再灌注和缺氧复氧的过程加剧，从而增强疗效。波长在600-1350 nm的近红外区的光相比于紫外区和可见光具有更好的皮肤穿透力，能穿透至组织10 mm深度。相比于近红外I区（600-1000nm）的光热治疗，基于近红外II区（1000-1350 nm）的光热治疗具有光穿透能力更强、光毒性更弱的优势。在众多用于光热治疗的纳米颗粒中，纳米硫化铜（CuS）以其制备简单、成本低及近红外II区吸收等特性受到了较多的关注。

一般而言，纳米颗粒进入体内后能否有效到达肿瘤病灶区发挥作用是其有效用于肿瘤治疗的关键。纳米颗粒除了通过实体瘤的高通透性和滞留效应（EPR）被动靶向至肿瘤病灶区外，其有效肿瘤渗透和富集还可以通过两方面得到提高：1）主动靶向，即在材料表面修饰靶向试剂，增加材料对肿瘤细胞的特异靶向性；2）降低网状内皮系统（RES）对材料的非特异性吸附，间接增强其在肿瘤部位的富集。聚乙二醇PEG和寡聚乙二醇（OEG）是研究中最常见的抗非特异性蛋白吸附材料，这主要是基于它们的空间排斥效应和亲水性。然而PEG或OEG在氧和过渡金属离子的存在下很容易被氧化，从而导致抗非特异性吸附性能下降，大大限制了其体内应用。与聚乙二醇修饰相比，纳米颗粒上修饰两性离子后更容易逃离RES的识别，这是由于带电端基官能团的溶剂化作用和氢键作用能使两性离子表面形成水合层，可有效阻抗非特异蛋白质吸附，从而延长其血液循环时间，增强在肿瘤部位的渗透和保留。

图1. 中间体化合物(A)和最终产物纳米颗粒(B)的制备及其用于体内肿瘤模型的光热/化疗联合治疗(C)。

针对以上问题和设计思路，史向阳教授团队开发出了两性离子修饰的纳米颗粒平台，并有效应用于多种肿瘤的精准诊疗或者联合治疗中（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 47-53；ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 15212-15221；ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 6069-6080；Theranostics 2021, 11(4), 1721-1731）。正是基于课题组前期基础，研究团队合成出了一种具有靶向、双响应性能的两性离子修饰的树状大分子包裹的CuS纳米颗粒用于肿瘤的化疗/光热联合治疗。首先，团队将靶向试剂PEG-RGD以及pH响应的两性离子基团巯基-N,N-二甲基-半胱胺-羧酸甜菜碱（CBT）修饰第五代树状大分子表面，随后将含有二硫键的阿霉素共价修饰至树状大分子表面，然后利用氯化铜和硫化钠反应将硫化铜纳米颗粒包裹至树状大分子内部，最后将树状大分子表面剩余的氨基全部乙酰化得到功能化CuS纳米颗粒{(CuS)-G5.NHAc-PEG-RGD-CBT-DOX}（如图1所示）。其具有如下特性：1）两性离子所形成的水化层能显著减少纳米颗粒的非特异性吸附，增加纳米颗粒在肿瘤部位的富集；2）由于苯亚胺键的引入，纳米颗粒到达肿瘤微酸环境后水化层破裂，使得原有的电中性表面还原至氨基末端，联合靶向基团双重促进肿瘤细胞对材料的摄取；3）所装载的抗肿瘤药物进入肿瘤细胞后，具有谷胱甘肽还原性快速释放能力，显著减少阿霉素的副作用；4）CuS纳米颗粒可吸收穿透能力更强的1064nm红外光（II区近红外光），达到肿瘤化疗/光热联合治疗的目的。所制备的功能化CuS纳米颗粒得到了系统的表征，用以确定其物理化学特性、响应性药物缓释能力、生物相容性、靶向特异性以及体外化疗/光热联合治疗性能。在此基础上，课题组构建了原位小鼠乳腺癌4T1肿瘤模型，全面评价了{(CuS)-G5.NHAc-PEG-RGD-CBT-DOX}对肿瘤的联合治疗效果。体内动物实验结果显示表明，两性离子修饰的树状大分子平台具有增强的肿瘤输送性能，能够对肿瘤模型实施优良的化疗/光热联合治疗。

以上研究成果以《一种基于防污树状大分子-CuS纳米杂化物的双响应平台用于增强的肿瘤递送及联合治疗》（ADual-Responsive Platform Based on Antifouling Dendrimer-CuS Nanohybrids forEnhanced Tumor Delivery and Combination Therapy）为题，发表于国际著名期刊《Small Methods》上。东华大学化学化工与生物工程学院博士生熊智娟为第一作者，史向阳教授与上海市松江区中心医院放射科主任夏进东教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然基金委面上项目和上海市科委优秀学术带头人等项目的资助。

论文全文链接：

https://doi.org/10.1002/smtd.202100204