基于NSET机制的靶向光触发和pH响应型胶束癌症药物递送系统，可实现实时监测

《ACS Applied Bio Materials》：Targeted Phototriggered and pH-Responsive Micellar Cancer Drug Delivery System with Real-Time Monitoring through the NSET Mechanism

光敏pH响应型多聚物微球载药系统，通过紫外触发和pH响应实现精准药物递送与实时监测。采用mPEG-PLA和SP-C9构建混合微球，内负载DOX与AuNPs，利用NSET机制实现DOX释放的荧光追踪。体外实验显示在pH5.5酸性环境（模拟肿瘤微环境）和紫外辐照下，药物释放效率显著提升，并增强4T1乳腺癌细胞的凋亡与线粒体膜电位 depolarization。体内研究证实该系统对口腔癌和乳腺癌具有显著抑制效果，其中口腔癌治疗响应更优，归因于紫外穿透性和酸性微环境协同作用。系统兼具成本效益与临床转化潜力，为深层肿瘤治疗提供新思路。

　　该研究提出了一种结合光响应和pH响应特性的新型癌症药物递送系统，利用聚meric胶束作为载体，搭载了易获得且成本低廉的材料，如亲水-疏水二嵌段共聚物（mPEG-PLA）和Spiropyran衍生物。这种递送系统旨在解决传统药物递送方法中存在的多个问题，包括药物释放过程难以实时监测、缺乏靶向性以及无法实现按需给药。通过引入光响应材料，研究人员能够在外部光照刺激下触发药物释放，同时利用肿瘤组织酸性微环境实现pH响应释放，从而提高治疗的精准度和效率。

该系统的核心创新点在于其能够通过Nanomaterial Surface Energy Transfer（NSET）机制实时监测药物释放过程。在药物释放过程中，药物（如多柔比星，DOX）与纳米金颗粒（AuNPs）之间发生能量转移，从而导致荧光淬灭。当系统暴露于365 nm紫外光时，Spiropyran（SP-C9）发生光异构化，转变为更亲水的Merocyanine（MC-C9）形式，这一变化使得胶束体积收缩，进而促进DOX的释放。这一过程不仅实现了对药物释放的实时追踪，还提高了药物在靶向部位的释放效率，从而增强治疗效果。

实验结果表明，该系统的药物封装效率（EE）达到73.16%，药物负载率（DL）为6.45%，并且在50小时内表现出持续的药物释放特性。特别地，在模拟肿瘤酸性环境（pH 5.5）下，DOX的释放速度显著加快，这表明该系统能够有效响应肿瘤组织的pH变化，实现药物的靶向释放。此外，系统在体内实验中展现出良好的生物相容性和安全性，对小鼠模型中的乳腺癌和口腔癌均表现出显著的肿瘤生长抑制作用。在口腔癌模型中，由于肿瘤组织位于体表，紫外光更容易穿透，从而进一步提升了药物释放效率和治疗效果。

为了进一步验证该系统的有效性，研究人员通过多种实验手段评估了其在细胞层面的性能。例如，通过MTT实验分析了药物对4T1乳腺癌细胞和NIH3T3正常细胞的细胞毒性，结果表明，当药物在紫外光照射下释放时，对癌细胞的毒性显著增强，而对正常细胞的影响较小。这表明该系统具有良好的靶向性，能够减少对健康组织的损害。此外，通过流式细胞术和共聚焦显微镜分析了药物在细胞内的摄取和释放情况，结果显示，紫外光照射不仅提高了胶束的细胞摄取效率，还促进了DOX在细胞内的释放，进一步支持了系统的靶向治疗潜力。

该系统还通过细胞凋亡实验和线粒体膜电位检测，验证了其在细胞水平上的治疗效果。结果显示，紫外光照射后，DOX的释放显著增加了细胞凋亡率，同时导致线粒体膜电位的破坏，这是细胞死亡的重要标志。此外，通过TUNEL染色和Ki-67免疫组化分析，研究人员发现，紫外光照射后的药物释放能够有效诱导肿瘤细胞凋亡，并显著抑制其增殖。这表明该系统不仅能够实现药物的精准释放，还能够显著提升癌症治疗的疗效。

在体内实验中，研究人员进一步验证了该系统的应用潜力。结果显示，无论是乳腺癌还是口腔癌模型，该药物递送系统均能有效抑制肿瘤生长，同时保持小鼠体重稳定，表明其在体内具有良好的安全性和生物相容性。特别地，在口腔癌模型中，由于肿瘤位于体表，紫外光更容易穿透，因此药物释放效率更高，治疗效果更为显著。这一结果进一步说明，该系统在治疗表浅性肿瘤方面具有明显优势。

此外，研究人员还通过粉末X射线衍射（PXRD）和高分辨率透射电镜（HRTEM）等技术对纳米金颗粒的合成和结构进行了详细表征。PXRD结果显示，纳米金颗粒具有面心立方（FCC）晶体结构，而HRTEM图像则证实了纳米金颗粒的均匀分布和稳定的形态。这些结果表明，纳米金颗粒在胶束内部的合成是可控的，并且能够有效保持其物理和化学特性，从而确保其在药物释放过程中的稳定性和功能性。

通过紫外-可见吸收光谱、稳态荧光光谱和时间分辨荧光光谱等技术，研究人员验证了NSET机制在药物释放过程中的作用。结果显示，随着纳米金颗粒的合成，DOX的荧光强度逐渐减弱，而其激发态寿命也随之缩短，这与NSET机制的预期行为一致。当系统暴露于紫外光后，DOX的荧光强度恢复，表明其释放过程已被成功触发。这一结果不仅验证了NSET机制的有效性，还为药物释放的实时监测提供了可靠的方法。

该研究还探讨了药物释放的可控性和响应性。通过调节紫外光的照射时间和强度，研究人员能够灵活控制药物的释放过程，从而实现按需给药。这种可控性对于癌症治疗具有重要意义，因为它允许在特定时间和条件下释放药物，提高治疗的精准度和效率。同时，该系统能够在不依赖复杂合成工艺的情况下实现药物的光响应释放，为未来临床应用提供了更简便的解决方案。

此外，研究人员还分析了该系统的生物安全性。在体外和体内实验中，均未观察到显著的细胞毒性或器官损伤，表明该系统对健康组织的损害较小。这一特性对于癌症治疗尤为重要，因为它有助于减少治疗过程中对正常细胞和组织的副作用，提高治疗的安全性。同时，该系统能够通过体内实验进一步验证其在真实生物环境中的性能，为未来的临床转化奠定了基础。

综上所述，该研究成功开发了一种新型的双响应药物递送系统，结合了光响应和pH响应特性，能够实现癌症药物的精准释放和实时监测。该系统不仅具有较高的药物封装效率和负载率，还在体外和体内实验中展现出良好的治疗效果和生物安全性。特别是在表浅性肿瘤治疗方面，该系统能够显著提高药物释放效率，增强治疗效果，同时减少对健康组织的损害。未来，该系统有望在癌症治疗领域发挥重要作用，特别是在口腔癌等表浅性癌症的治疗中，其临床应用前景广阔。