多功能BSA稳定的MnO2–Bi2S3-MTX纳米颗粒用于癌症治疗

《ACS Applied Nano Materials》：Multifunctional BSA-Stabilized MnO2–Bi2S3-MTX Nanoparticles for Cancer Therapy

协同放化疗纳米平台设计及机制研究针对肿瘤缺氧和耐药问题，开发BSA稳定MnO2-Bi2S3-MTX纳米系统实现pH响应释药与电子调控增敏。实验证实Bi2S3高Z特性协同MnO2氧供增强放疗敏感性，MD模拟和DFT计算验证了MTX与纳米复合物的稳定结合及电子结构适配性。

　　

针对乳腺癌的协同放射化疗常常受到诸多关键挑战的阻碍，包括肿瘤缺氧和固有的放射抵抗性，这些因素限制了治疗效果。要克服这些障碍，需要先进的纳米平台，这类平台能够调节肿瘤微环境并精确地同时输送治疗药物。在这里，我们通过设计并开发一种由牛血清白蛋白（BSA）稳定的MnO₂-Bi₂S₃-甲氨蝶呤（MTX）纳米平台来应对这些挑战。该纳米平台通过生物矿化方法合成，具有67纳米的流体动力学直径和-20.9毫伏的ζ电位，从而确保了出色的胶体稳定性。实验研究表明，该纳米平台能够实现pH响应性的MTX释放，并增强了放射敏感性，这归因于Bi₂S₃的高Z电位特性以及MnO₂的缺氧缓解和氧气生成功能。为了更深入地了解其作用机制，我们进行了计算分析：分子对接研究证实MTX能够稳定地结合到BSA的IIA和IIIA亚结构域上，结合自由能（ΔG）为-14.79千卡/摩尔；密度泛函理论（DFT）计算显示MTX-α-MnO₂-Bi₂S₃复合物的相互作用能量为-154千卡/摩尔，其HOMO-LUMO能隙为2.56电子伏特，费米能为-3.74电子伏特（Bi₂S₃：-3.98电子伏特，MnO₂：-4.41电子伏特），进一步证明了其在放射敏感性方面的电子特性。此外，在310开尔文温度下进行的10,000皮秒分子动力学（MD）模拟显示，该纳米平台具有约1.8–2.0纳米的均方根偏差（RMSD）结构稳定性、约0.15–0.3纳米的动态灵活性、稳定的氢键作用（MTX-MnO₂-Bi₂S₃中有约2–3个氢键）、以及MTX的回转半径（R_g）约为0.5纳米、MnO₂-Bi₂S₃的回转半径约为1.5纳米的紧凑结构。这些实验和计算结果共同表明，该纳米平台有望克服肿瘤缺氧问题，有效输送MTX并提升放射治疗效果，为协同癌症治疗提供了一个稳健且创新的框架，为未来的临床前研究奠定了基础。