基于pH敏感金属有机框架的双重药物递送系统：合成、表征、体外释放及抗癌效果

《Results in Chemistry》：A dual drug delivery system based on pH-sensitive metal-organic frameworks: Synthesis, characterization, in vitro release and anticancer effect

纳米药物递送系统OR@ZIF-8通过金属有机框架材料实现pH响应性负载双药（Oridonin和Resveratrol），在酸性肿瘤微环境中快速释放并显著增强对KYSE140细胞的协同抗癌效果，同时保持中性环境下的结构稳定性和低细胞毒性。

　　OR@ZIF-8是一种基于金属有机框架（MOF）的新型纳米药物递送系统，具有显著的pH响应特性，能够实现对肿瘤细胞的精准靶向治疗。这项研究的背景源于Oridonin（Ori）和Resveratrol（Res）这两种药物在抗肿瘤治疗中的潜力，但它们单独使用时存在一些局限性。Ori是从传统中药Rabdosia rubescens中提取的一种二萜类化合物，已被广泛用于预防和治疗多种健康问题，包括心血管疾病。Ori在炎症、血脂调节和抗肿瘤方面表现出良好的治疗效果，但其生物利用度低、半衰期短、水溶性差等问题限制了其临床应用。Res是一种天然的多酚类化合物，广泛存在于石榴、蔓越莓和花生等植物中，具有广泛的药理活性，包括抗炎、抗糖尿病、神经保护、心血管保护和抗衰老作用。特别是在肿瘤治疗方面，Res已被证实对多种癌症类型具有显著的抑制效果，如结直肠癌、前列腺癌、肝癌和乳腺癌。然而，Res与Ori单独使用时的疗效受限于它们的物理化学性质，因此，开发一种高效的药物递送系统以提升其生物利用度和治疗效果成为研究的重点。

研究团队基于ZIF-8这一具有pH响应特性的MOF材料，设计并制备了一种纳米双药物递送系统OR@ZIF-8。ZIF-8作为一种典型的MOF材料，因其在低pH环境下能够快速分解而在肿瘤细胞内具有良好的药物释放特性。而其在中性生理条件下则表现出较高的结构稳定性，这使其成为一种理想的药物载体。通过优化合成工艺，研究团队成功地将Ori和Res共负载于ZIF-8纳米颗粒中，形成OR@ZIF-8系统。该系统不仅具备良好的形态和均匀的粒径分布，还展现出较高的药物负载能力，特别是对Ori的负载能力显著优于其他形式的药物递送系统。

在药物释放特性方面，OR@ZIF-8表现出显著的pH敏感性。在中性pH条件下，药物释放速度较慢，而在弱酸性环境中，如肿瘤细胞所处的微环境，药物释放速率显著加快。这种特性使得OR@ZIF-8能够在肿瘤细胞内部实现快速释放，从而提高药物的局部浓度，增强其治疗效果。相比之下，传统的药物递送系统往往难以实现这种精确的pH响应释放，导致药物在体内分布不均，降低治疗效率并增加副作用。

在抗肿瘤测试中，研究团队使用MTT法评估了OR@ZIF-8对KYSE140细胞的细胞毒性。结果表明，OR@ZIF-8在相同剂量下对KYSE140细胞的杀伤作用显著优于单独的Ori或Ori@ZIF-8。这一发现表明，OR@ZIF-8系统不仅能够有效提高药物的靶向性，还能增强其在肿瘤细胞中的作用效果。此外，OR@ZIF-8在正常细胞（如293?T细胞）中表现出较低的细胞毒性，说明其具有良好的生物相容性，能够减少对健康组织的损伤。

为了进一步验证OR@ZIF-8的抗肿瘤机制，研究团队还进行了细胞凋亡实验。通过流式细胞术检测细胞凋亡率，发现OR@ZIF-8在24小时和48小时后对KYSE140细胞的凋亡率显著高于其他药物形式。这表明OR@ZIF-8不仅能够提高药物的释放效率，还能有效诱导肿瘤细胞凋亡。同时，通过检测活性氧（ROS）水平，研究团队发现OR@ZIF-8在肿瘤细胞中能够显著增加ROS的产生，从而加剧氧化应激，进一步促进细胞凋亡。相比之下，单独使用Ori或Ori@ZIF-8的ROS水平较低，说明OR@ZIF-8在药物协同作用方面具有独特优势。

在蛋白质表达分析方面，研究团队使用Western Blot技术检测了Cleaved Caspase-3的表达水平。Caspase-3是细胞凋亡过程中的关键蛋白，其激活水平与细胞凋亡程度密切相关。实验结果表明，OR@ZIF-8处理后的KYSE140细胞中，Cleaved Caspase-3的表达显著增加，说明该药物递送系统能够有效激活细胞凋亡通路，从而增强其抗肿瘤效果。这一结果与细胞凋亡实验的结果相吻合，进一步验证了OR@ZIF-8的治疗潜力。

综上所述，OR@ZIF-8作为一种pH响应型纳米药物递送系统，不仅能够有效提高Ori和Res的药物负载能力，还能在肿瘤细胞内实现快速释放，增强其治疗效果。同时，该系统在正常细胞中表现出较低的细胞毒性，说明其具有良好的生物相容性。此外，OR@ZIF-8能够显著诱导肿瘤细胞凋亡，通过增加ROS水平和激活Caspase-3通路，展现出更强的抗肿瘤活性。这些发现表明，OR@ZIF-8可能成为一种有效的肿瘤靶向治疗策略，能够提高药物的靶向性和治疗效果，同时减少对健康组织的损伤。

研究团队在实验方法上采用了多种技术手段，包括粉末X射线衍射（PXRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等，对OR@ZIF-8的结构和形态进行了全面表征。PXRD分析结果表明，OR@ZIF-8的晶体结构与空载ZIF-8相似，说明药物的负载并未破坏其基本结构。FTIR分析则进一步验证了Ori和Res的成功负载，通过检测特定的化学键振动峰，确认了药物分子在ZIF-8载体中的存在。

在药物释放实验中，研究团队选择了两种pH条件（7.4和5.0）来模拟人体正常环境和肿瘤细胞的微环境。实验结果表明，OR@ZIF-8在酸性条件下释放药物的速率明显高于中性条件，这与其pH响应特性一致。同时，Ori的释放速率高于Res，这可能与其分子特性有关，如Ori的疏水性较强，而Res的疏水性相对较低，因此在ZIF-8载体中的释放速度不同。

细胞毒性测试和细胞凋亡实验的结果表明，OR@ZIF-8在肿瘤细胞中表现出更强的杀伤作用。这可能是由于OR@ZIF-8能够将两种药物高效地递送至肿瘤细胞内部，并在酸性环境中快速释放，从而增强其治疗效果。此外，药物的协同作用也可能在OR@ZIF-8系统中得到更好的发挥，使得其抗肿瘤效果优于单独使用Ori或Res。

研究还发现，OR@ZIF-8能够有效减少自由Ori引起的氧化应激，这可能与其药物释放机制有关。在酸性条件下，ZIF-8的分解释放出药物，从而在肿瘤细胞内产生较高的药物浓度，同时减少药物在正常组织中的扩散。这种特性使得OR@ZIF-8在提高药物治疗效果的同时，也降低了对健康细胞的损害，显示出良好的安全性。

此外，OR@ZIF-8的制备过程采用了一步法，这一方法不仅提高了药物负载效率，还简化了合成步骤，使得该系统在实际应用中更具可行性。通过优化配方参数，研究团队成功实现了药物负载效率和释放特性的平衡，为未来类似药物递送系统的开发提供了参考。

在统计分析方面，研究团队使用t检验对实验数据进行了分析，并以p值小于0.05、0.01和0.001来判断结果的显著性。这些统计方法的使用确保了实验结果的可靠性和科学性，为OR@ZIF-8的抗肿瘤效果提供了有力的数据支持。

总的来说，这项研究成功开发了一种具有pH响应特性的双药物递送系统OR@ZIF-8，其在肿瘤细胞中的药物释放效率和治疗效果均优于单独使用Ori或Ori@ZIF-8。OR@ZIF-8不仅能够提高药物的靶向性，还能通过药物协同作用增强其抗肿瘤效果。同时，该系统在正常细胞中表现出较低的细胞毒性，说明其具有良好的生物相容性。这些发现为肿瘤靶向治疗提供了新的思路和方法，也为未来药物递送系统的开发奠定了基础。