绿色合成的硒纳米颗粒可克服结直肠癌对甲氨蝶呤的耐药性

《OpenNano》：Green-Synthesized Selenium Nanoparticles Overcoming Methotrexate Resistance in Colorectal Cancer

硒纳米颗粒通过绿色合成法负载甲氨蝶呤显著提升结直肠癌治疗效率，降低所需剂量67%，并抑制药物外流转运。研究表明纳米颗粒通过增强ROS生成和凋亡诱导机制克服耐药性，分子对接显示硒与谷胱甘肽还原酶存在结合位点，为纳米药物协同治疗提供新策略。

　　本研究围绕一种新的药物输送策略展开，即通过开发环保型硒纳米颗粒（SeNPs）来提高甲氨蝶呤（MTX）在结直肠癌（CRC）治疗中的效果。MTX是一种广泛使用的叶酸还原酶抑制剂，常用于治疗多种癌症，包括结肠癌，同时也被用于慢性免疫介导性炎症疾病的治疗。然而，MTX在临床应用中面临诸多挑战，如毒性大、溶解性差、血浆半衰期短、药物迅速扩散至全身以及癌细胞可能产生的耐药性等。这些限制使得MTX的疗效受到影响，尤其是在高剂量治疗时，可能引起严重的副作用，从而影响治疗效果。因此，寻找能够提高MTX稳定性和细胞内保留率、减少全身毒性、并克服耐药性的新型药物输送系统成为研究的重要方向。

纳米技术的出现为解决上述问题提供了新的思路。通过使用生物材料进行绿色合成，研究者能够制备出具有优异生物相容性和生物可利用性的纳米颗粒。这些纳米颗粒不仅能够作为药物载体，还可能具有自身的治疗特性，如诱导氧化应激和促进细胞凋亡。研究中特别关注了硒纳米颗粒，因其具有良好的生物相容性、高生物可利用性以及低毒性，使其成为一种有前景的药物输送材料。研究团队利用埃及的Echinacea purpurea植物提取物，通过绿色还原法合成了硒纳米颗粒，并进一步优化了其载药效率和药物释放特性。

通过使用Box–Behnken设计，研究者对载药参数进行了系统的优化。实验结果表明，优化后的SeNPs具有20-30纳米的平均粒径，能够有效负载MTX，并实现可控的早期药物释放。MTX-SeNPs的载药效率达到了48-52%，显著高于MTX单独使用的情况。同时，MTX-SeNPs在体外实验中表现出更强的细胞毒性，其IC??值（半数抑制浓度）降低了约67%，表明其在结直肠癌细胞中具有更高的疗效。这种改善可能与SeNPs诱导的氧化应激和细胞凋亡有关，通过分子对接分析，研究发现硒能够与人体谷胱甘肽还原酶结合，从而促进活性氧（ROS）的生成，进而诱导癌细胞凋亡。

研究还对MTX-SeNPs的物理化学特性进行了全面表征，包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。XRD分析显示，SeNPs具有良好的结晶性，其晶粒尺寸约为28.6纳米，且在MTX吸附后，颗粒尺寸有所增加，表明MTX成功结合在纳米颗粒表面。TEM和SEM图像进一步验证了纳米颗粒的形态和表面特性，显示其为均匀分布的球形结构，且MTX吸附后表面更厚更光滑。FT-IR分析则揭示了纳米颗粒表面吸附MTX后的功能基团变化，说明植物提取物中的活性成分在纳米颗粒的合成和稳定中发挥了重要作用。

药物释放研究采用体外模拟胃液和pH 7.4的释放条件，通过不同时间点的药物释放数据，评估了MTX-SeNPs的释放动力学。研究发现，MTX的释放受MTX浓度、SeNPs重量和搅拌速率的影响。其中，MTX浓度和SeNPs重量对释放率具有显著的正向影响，而搅拌速率则对载药效率产生负面影响。这些结果表明，通过优化上述参数，可以实现MTX的可控释放，从而提高其在细胞内的累积效果和治疗效果。此外，药物释放数据与不同的动力学模型进行了拟合，结果显示Korsmeyer–Peppas模型对MTX从SeNPs中的释放行为描述最为准确，说明该药物释放机制可能涉及非福克扩散（non-Fickian diffusion）和侵蚀（erosion）的协同作用。

在细胞毒性实验中，研究团队使用了HCT116结直肠癌细胞系，通过MTT法评估了MTX、SeNPs及其组合对细胞活力的影响。结果显示，MTX-SeNPs在24小时后表现出显著的细胞毒性，其IC??值为62.4 μg/mL，远低于MTX单独使用时的186.6 μg/mL。这表明，MTX在SeNPs中的负载和释放显著增强了其抗癌效果。进一步的流式细胞术分析显示，MTX-SeNPs能够诱导更多的细胞凋亡，其中晚期凋亡细胞的比例显著增加，说明其具有更强的促凋亡作用。这些结果支持了MTX-SeNPs在结直肠癌治疗中的潜在应用。

此外，研究团队还通过分子对接技术探讨了SeNPs可能的作用机制。他们将SeNPs与人体谷胱甘肽还原酶（GSH-R）进行了模拟分析，发现SeNPs能够与该酶的活性位点结合，从而干扰其正常的生理功能，促进氧化应激和细胞凋亡。这一机制与已知的银（Ag）对利什曼原虫的抑制作用相似，进一步支持了SeNPs在癌症治疗中的潜力。通过这种分子层面的分析，研究者推测SeNPs能够通过干扰癌细胞的抗氧化系统，增强MTX的抗癌效果。

研究还指出，尽管MTX-SeNPs在体外实验中表现出优异的性能，但其在体内的应用仍需进一步验证。目前的研究仅限于细胞水平，缺乏对药物在体内代谢、分布和毒性方面的系统评估。因此，未来的研究需要结合动物实验和临床试验，以全面评估该纳米药物载体的治疗效果和安全性。同时，研究团队也提到，由于MTX的耐药性可能与细胞膜转运蛋白有关，进一步探索SeNPs在抑制这些转运蛋白活性方面的潜力，将有助于开发更有效的抗肿瘤策略。

综上所述，本研究通过绿色合成方法制备了硒纳米颗粒，并将其用于MTX的负载和输送，显著提高了MTX的抗癌效果。这种新型纳米药物载体不仅具有良好的生物相容性，还能通过促进氧化应激和细胞凋亡，增强MTX的疗效并克服其耐药性。研究结果表明，MTX-SeNPs是一种具有广阔前景的结直肠癌治疗策略，值得进一步的体内研究和临床转化。