pH 响应性释药的邻苯二酚硼酸酯工程化 AIE 纳米载体用于荧光引导癌症诊疗

【字体: 时间:2025年05月21日 来源:Dyes and Pigments 4.1

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  为解决传统化疗脱靶毒性及时空控制不足等问题,研究人员构建 pH 响应性 AIE 纳米载体 TPA-CHTAD-PEG-DA。其与硼替佐米(BTZ)形成 TCP-DA-BTZ,具高载药量(15.5%)、pH 响应释药等特性,体外杀伤 MDA-MB-231 细胞能力强于游离 BTZ,为癌症诊疗提供新策略。

  

研究背景:突破传统癌症治疗困境的迫切需求


癌症,这个威胁人类健康的 “头号杀手”,正以每年递增的发病率和居高不下的死亡率,成为全球医疗领域的棘手难题。传统的手术、化疗和放疗手段,虽然在一定程度上遏制了肿瘤的发展,却如同 “双刃剑”—— 化疗药物在杀灭癌细胞的同时,常常对正常组织发动 “无差别攻击”,导致严重的全身毒性;手术切除可能残留微小病灶,埋下复发隐患;放疗的精准性不足,也会对周边健康组织造成损伤。如何让治疗 “有的放矢”,精准打击癌细胞而不伤及无辜,成为科学家们日夜攻坚的方向。

在众多探索中,光基技术尤其是聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission, AIE)现象的发现,为癌症诊疗打开了一扇新窗。与传统发光材料在聚集状态下荧光淬灭(Aggregation-Caused Quenching, ACQ)不同,AIE 材料在分散时发光微弱,一旦聚集则荧光显著增强,这种独特属性使其在生物成像和药物递送中展现出高信噪比、强光稳定性等优势。然而,现有的 AIE 基药物载体仍存在三大短板:对肿瘤微环境(如酸性环境、活性氧)刺激敏感度不足,生理条件下结构稳定性欠佳,实时追踪能力有限。如何让 AIE 载体更 “聪明” 地响应肿瘤信号,实现药物的精准释放与追踪,成为亟待攻克的科学难题。

此时,仿生贻贝黏附化学的邻苯二酚基团进入了研究视野。多巴胺(Dopamine, DA)携带的邻苯二酚结构,不仅能通过氧化还原活性清除自由基,增强载体稳定性,还能与硼酸基团形成 pH 响应性硼酸酯键 —— 在生理 pH(7.4)下稳定存在,在肿瘤微酸性环境(pH≈6.5)中迅速断裂,这为解决药物提前泄漏和靶向释放问题提供了理想方案。基于此,江西中医药大学的研究团队展开了一项创新性研究,试图将 AIE 载体的光学优势与邻苯二酚硼酸酯的响应特性结合,构建一种集高效载药、精准释药、实时成像于一体的新型诊疗系统,并将成果发表在《Dyes and Pigments》。

关键技术方法


研究团队以三苯胺(Triphenylamine, TPA)为核心,通过 Vilsmeier-Haack 反应合成含醛基的中间体 TPA-CHO,再经 Knoevenagel 缩合反应引入羟基,得到 AIE 活性分子 TPA-OH。随后,将 TPA-OH 与聚乙二醇(Polyethylene Glycol, PEG)、1,2,4,5 - 环己烷四甲酸二酐(CHTAD)共聚,并在侧链引入 DA,构建出 pH 响应性纳米载体 TPA-CHTAD-PEG-DA。该载体通过邻苯二酚与硼替佐米(Bortezomib, BTZ)的硼酸基团形成动态硼酸酯键,自组装成载药纳米颗粒(TCP-DA-BTZ)。研究中使用了核磁共振(1H NMR)对中间体结构进行表征,并通过体外细胞实验验证载体的摄取效率和细胞毒性。

研究结果


  1. 载体合成与表征
    通过系列有机反应成功合成 TPA-CHO 和 TPA-OH,1H NMR 证实其结构正确性。TPA-CHTAD-PEG-DA 与 BTZ 形成的 TCP-DA-BTZ 纳米颗粒具有良好的水分散性,载药量(Drug Loading Content, DLC)高达 15.4%,包封率(Drug Loading Efficiency, DLE)达 35.4%,展现出高效载药能力。

  2. pH 响应性释药行为
    在 pH 7.4 的生理环境中,24 小时内药物泄漏率仅为 26.3%,而在 pH 5.0 的酸性条件下,药物释放率达 50%,证实了邻苯二酚硼酸酯键对 pH 的敏感响应特性,可实现肿瘤微环境下的精准释药。

  3. 细胞摄取与毒性评估
    体外实验表明,TPA-CHTAD-PEG 载体可被 MDA-MB-231 乳腺癌细胞高效摄取,且自身细胞毒性极低。与游离 BTZ 相比,TCP-DA-BTZ 对 MDA-MB-231 细胞的杀伤能力更强,显示出载体递送系统显著提升了药物的抗肿瘤 efficacy。

  4. 荧光引导能力验证
    AIE 活性核心 TPA-OH 赋予载体强烈荧光,可实时追踪药物在细胞内的分布与递送过程,为荧光引导癌症诊疗提供了可视化基础。


研究结论与意义


这项研究成功构建了一种基于邻苯二酚硼酸酯键的 pH 响应性 AIE 纳米载体,巧妙解决了传统化疗药物靶向性差、释药控制不足的难题。其核心创新点在于:利用动态共价键实现药物的高负载与精准释放,结合 AIE 特性实现诊疗一体化,为癌症治疗提供了 “可视化 + 精准化” 的双重突破。该系统在 MDA-MB-231 细胞模型中的优异表现,不仅验证了邻苯二酚硼酸酯工程化策略的有效性,更为开发兼具高载药量、环境响应性和生物相容性的新型纳米药物递送系统开辟了新路径。未来,这种荧光引导的诊疗一体化平台有望进一步拓展至其他实体瘤治疗,为降低化疗副作用、提升癌症治疗效果带来新希望。

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