顾臻创新设计:序贯粒子两种药物靶定癌细胞不同部位

TRAIL透明质酸层+Dox多肽脂质内核双重打击癌细胞

【字体: 时间:2014年01月10日 来源:生物通

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  顾博士团队开发的一种‘序贯化’设计的定向药物传递运载纳米粒子,外壳是交联化的包含有TRAIL的透明质酸(HA)层,脂质内核包裹Dox。HA与癌细胞膜上的受体相互作用,“抓住”纳米粒子,分解HA,将TRAIL释放到细胞膜上,引起细胞的死亡。HA外层破裂导致嵌入多肽的Dox-脂质核心,能够穿透细胞膜进入癌细胞,进入核内体。内含的多肽引起核内体开始破裂,使Dox涌入细胞中,从而引起癌细胞的死亡。

  

      在2014年1月2日的国际著名期刊《先进功能材料》上发表的一项研究中,北卡罗来纳州立大学(NCSU)、北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC-CH)和中国药科大学的研究人员发出一种纳米粒子,能够同时将两种不同机制的抗癌药物带入人体,并分别将这些药物传递到癌细胞中相应最有效的部位。纳米医学是随着纳米生物医药发展起来用纳米技术解决医学问题的学科,(Science子刊封面:癌症纳米医学—从药物传递到影像)纳米技术和材料的发展将将给医学领域带来一场深刻的革命。
   本文的资深作者、NCSU和UNC-CH联合生物医学工程系教授顾臻(Zhen Gu)博士说:“在实验室小鼠身上进行的测试中,我们发现,与常规的治疗技术相比,我们的技术使乳腺癌肿瘤的抑制出现了显著的改善。”
   顾博士指出:“癌细胞可以对化疗药物产生耐药性,但是在多种药物同时传递时,它们产生耐药性的可能性大大下降。然而,不同的药物往往靶定癌细胞的不同部位。例如,蛋白质药物TRAIL,针对细胞膜最有效,而阿霉素(Dox)传递到细胞核时最有效。我们提出了一种序贯化+位点特异性的药物传递技术,这种技术首先将TRAIL传递到癌细胞膜上,然后穿透膜,将Dox传递到细胞核。”
   顾博士的研究团队开发的纳米粒子,具有透明质酸(HA)和TRAIL交织在一起形成的外层。HA与癌细胞膜上的受体相互作用,细胞膜可“抓住”纳米粒子。癌细胞环境中的酶能够分解HA,将TRAIL释放到细胞膜上,最终引起细胞的死亡。
   当HA外层破裂时,也将纳米粒子的核心呈现出来,它是由嵌入多肽的Dox组成,使纳米粒子核心能够穿透进入癌细胞。癌细胞将这个核心装入一个称为核内体的保护性泡状物中,但是纳米粒子核心的多肽,能引起核内体开始破裂。这使Dox涌入细胞中,在那里它能穿透细胞核,从而引起细胞的死亡。
   本文的第一作者是顾博士实验室的Tianyue Jiang,她说:“我们使用一种‘序贯化’策略设计了这种药物传递运载工具。”本文的作者之一、顾博士实验室的博士后Ran Mo补充说:“不同的药物能够在正确的时间、正确的位置释放。”
   顾博士说:“这项研究是我们的第一个概念验证,我们将继续优化技术,使其效率更高。早期的结果非常的具有前景,我们认为这可以扩展为大规模的生产。”
   这项研究,以“Gel–Liposome-Mediated Co-Delivery of Anticancer Membrane-Associated Proteins and Small-Molecule Drugs for Enhanced Therapeutic Efficacy”为题,发表在2014年1月2日的国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。中国药科大学教授周建平博士是本文的共同通讯作者,本文的共同作者还包括NCSU的本科生Adriano Bellotti。(生物通:王英)
   
注:顾臻,男,博士,江苏海门人,汉族。美国北卡大学教堂山分校(UNC-CH)/北卡州立大学(NCSU)联合生物医学工程系教授(药学工程方向),生物大分子诊疗工程实验室主任。曾担任美国麻省理工学院(MIT)化工系/哈佛大学医学院Robert Langer教授实验室博士后研究员。曾获南京大学化学化工学院化学系理学学士学位及高分子科学与工程系理学硕士学位,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)应用科学与工程学院工学博士学位。研究方向包括:药物控释,智能生物医用材料及器件,生物芯片技术,新型微纳加工技术及基于交叉学科的高效教学方法探究等。顾臻博士领导的实验室紧扣药物传递及组织工程的研究前沿,致力于癌症、糖尿病及心脑血管疾病治疗及诊断的新方法、新材料和新器件的研究及其成果转化。

生物通推荐原文摘要:
Gel–Liposome-Mediated Co-Delivery of Anticancer Membrane-Associated Proteins and Small-Molecule Drugs for Enhanced Therapeutic Efficacy
Abstract: A programmed drug-delivery system that can transport different anticancer therapeutics to their distinct targets holds vast promise for cancer treatment. Herein, a core–shell-based “nanodepot” consisting of a liposomal core and a crosslinked-gel shell (designated Gelipo) is developed for the sequential and site-specific delivery (SSSD) of tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) and doxorubicin (Dox). As a small-molecule drug intercalating the nuclear DNA, Dox is loaded in the aqueous core of the liposome, while TRAIL, acting on the death receptor (DR) on the plasma membrane, is encapsulated in the outer shell made of crosslinked hyaluronic acid (HA). The degradation of the HA shell by HAase that is concentrated in the tumor environment results in the rapid extracellular release of TRAIL and subsequent internalization of the liposomes. The parallel activity of TRAIL and Dox show synergistic anticancer efficacy. The half-maximal inhibitory concentration (IC50) of TRAIL and Dox co-loaded Gelipo (TRAIL/Dox-Gelipo) toward human breast cancer (MDA-MB-231) cells is 83 ng mL–1 (Dox concentration), which presents a 5.9-fold increase in the cytotoxicity compared to 569 ng mL–1 of Dox-loaded Gelipo (Dox-Gelipo). Moreover, with the programmed choreography, Gelipo significantly improves the inhibition of the tumor growth in the MDA-MB-231 xenograft tumor animal model.

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