基于超临界流体抗溶剂技术的黄芪甲苷IV-ZIF-8纳米载药系统提升生物利用度及抗非小细胞肺癌活性研究

《Cancer Cell International》：Astragaloside IV-loaded zeolitic imidazolate framework-8 based on supercritical fluid as anti-solvent technology to improve bioavailability and anti-tumor activity against non-small cell lung cancer

本研究针对黄芪甲苷IV(AST)水溶性差、生物利用度低的问题，采用超临界溶液增强分散(SEDS)技术成功构建了AST负载的ZIF-8纳米载药系统(AST@ZIF-SEDS)。该研究首次将SEDS技术应用于ZIF-8载药领域，通过系统优化制备工艺获得载药量达33.15%的纳米制剂，显著提高了AST的溶解度和体外释放速率。体内实验证实，AST@ZIF-SEDS较原料药生物利用度提升2.52倍，肿瘤抑制率高达72.74%，且表现出良好的生物安全性。该研究为难溶性抗肿瘤药物的递送系统开发提供了创新策略。

　　

肺癌是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，其中非小细胞肺癌(NSCLC)约占肺癌总数的80%-85%。由于NSCLC进展迅速且易转移，多数患者确诊时已处于中晚期，手术机会有限且术后复发率高。虽然放疗、化疗和免疫治疗是NSCLC的主要治疗手段，但现有治疗方案仍存在肿瘤微转移、毒性副作用导致的患者依从性下降以及获得性耐药等问题，晚期患者5年生存率仍低于15%。因此，开发新型化疗药物成为NSCLC治疗亟待解决的关键问题。

黄芪作为传统中药，其活性成分黄芪甲苷IV(AST)已被证实具有抗炎、抗氧化、免疫调节及抗肿瘤等多重药理活性。研究表明AST可通过调控PI3K/Akt、Wnt/β-catenin、MAPK/ERK等重要信号通路，有效抑制肿瘤生长、转移并促进细胞凋亡。特别是在肺癌治疗中，AST能够通过影响巨噬细胞M2极化和AMPK信号通路发挥抗肿瘤作用。然而，AST极差的水溶性和低生物利用度严重限制了其临床应用。虽然研究人员已开发了纳米粒、脂质体等多种递送系统，但载药量普遍低于15%，难以满足临床需求。

近年来，金属有机框架(MOFs)因其高比表面积、可调控孔道结构和良好生物相容性等优势，成为药物递送领域的研究热点。沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8)作为MOFs的重要分支，不仅具备pH敏感性、低毒性等特性，还能显著改善难溶性药物的溶解度和生物利用度。然而传统载药方法如一锅法合成(OPS)和溶剂吸附(SA)存在粒径分布不均、有机溶剂残留量大、药物分子难以完全占据ZIF-8孔道等问题。

为解决上述挑战，本研究创新性地采用超临界流体二氧化碳(SCF-CO₂)技术中的溶液增强分散(SEDS)方法，以AST为模型药物，ZIF-8为载体，构建了新型纳米载药系统AST@ZIF-SEDS。通过系统优化温度、压力、反应时间和药物浓度等关键参数，最终确定最佳制备条件为温度50℃、压力20MPa、反应时间60分钟、药物浓度30mg/mL。值得注意的是，这是首次将SEDS技术应用于MOFs载药领域的研究。

关键技术方法包括：通过高压液相色谱(HPLC)分析药物含量；采用扫描电镜(SEM)、氮气吸附-脱附、X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)表征材料性质；通过细胞计数试剂盒(CCK-8)法评价体外细胞毒性；使用Sprague-Dawley(SD)大鼠和BALB/c-nu裸鼠进行药代动力学和抗肿瘤活性研究（实验动物由上海交通大学实验室动物中心提供）。

研究结果显示，AST@ZIF-SEDS呈现出均匀的六方体或立方体形貌，粒径约200nm，且分散性优于传统方法制备的样品。氮气吸附实验表明，载药后ZIF-8的比表面积从1483.7m²/g显著下降至215.4m²/g，证实药物成功进入载体孔道。XRD和DSC分析共同证明AST在ZIF-8中以无定形状态存在，这一特性有利于药物溶出速率的提升。

在稳定性方面，AST@ZIF-SEDS在6个月的加速试验中表现出优异的稳定性，粒径和载药量均无显著变化，而传统方法制备的样品则出现明显聚集和药物泄漏。残留溶剂检测显示，SEDS技术制备的样品中甲醇残留量仅为93.33ppm，远低于OPS方法(938.33ppm)和SA方法(686.67ppm)，符合ICH Q3C指导原则的要求。

溶解度与体外释放研究表明，AST@ZIF-SEDS在纯水中的表观溶解度达到原料药的7.75倍。在模拟胃肠道环境的释放实验中，24小时累计释放率高达93%，显著优于原料药的42%。细胞实验证实，AST@ZIF-SEDS对Caco-2细胞的毒性最低，而对A549肺癌细胞的抑制作用最强，表现出良好的生物相容性和靶向性。

药代动力学研究显示，AST@ZIF-SEDS的达峰浓度(C_max)和药时曲线下面积(AUC_0-∞)分别达到原料药的3.06倍和2.52倍，表明其口服生物利用度得到显著提升。组织分布实验进一步证实，AST@ZIF-SEDS在肿瘤组织中具有更高的蓄积浓度，这得益于EPR效应和细胞摄取作用的协同效果。

在A549肺癌裸鼠模型中，AST@ZIF-SEDS治疗组的肿瘤抑制率达到72.74%，显著优于AST原料药组的32.14%。治疗期间各组小鼠体重均呈稳定增长趋势，未出现明显毒副反应，证明该制剂具有良好的安全性。

讨论部分指出，SEDS技术通过超临界CO₂的抗溶剂效应，实现了药物在载体孔道中的高效负载和均匀分布。AST分子在ZIF-8孔道内形成纳米簇的双分子机制，是提高药物溶解度的关键因素。然而研究也承认，甲醇溶剂的使用可能带来潜在毒性风险，且SEDS技术对设备要求高、工艺参数敏感，目前尚未实现规模化生产。此外，CO₂的安全操作问题也需要特别关注。

该研究的创新性在于首次将SEDS技术应用于ZIF-8载药系统，为解决难溶性药物的递送难题提供了新思路。AST@ZIF-SEDS在保持高载药量的同时，显著改善了药物的溶解性、生物利用度和抗肿瘤效果，为中药活性成分的现代化研究提供了重要参考。尽管在临床转化方面仍面临挑战，但这项研究为开发高效低毒的肿瘤治疗制剂奠定了坚实基础，具有重要的理论意义和应用前景。