不同浓度聚乙二醇修饰优化钴铁氧体纳米颗粒的抗癌效能与毒性评估

本研究针对钴铁氧体纳米颗粒(CoFe2O4 NPs)在癌症治疗中存在的毒性及稳定性问题，通过聚乙二醇(PEG)表面功能化修饰，系统评估了0.1-0.25g不同涂层浓度对HEK293T癌细胞系的IC50值影响。研究发现PEG0.25涂层使抗癌活性提升115%（IC50从76.943μg/mL降至35.762μg/mL），同时通过白化大鼠模型揭示了剂量依赖性肝肾毒性（AST>200U/L，BUN≥70mg/dL），为纳米药物临床转化提供重要安全参数。

　　

在纳米医学快速发展的今天，磁性纳米颗粒因其独特的物理化学性质成为肿瘤治疗的新希望。钴铁氧体(CoFe₂O₄)纳米颗粒凭借80emu的高磁饱和度和5KOe的矫顽场强，在磁热疗(Magnetic hyperthermia)和靶向给药领域展现出巨大潜力。然而这些"纳米战士"面临严峻挑战：裸露的颗粒会释放有毒钴铁离子，在生理环境中易聚集失活，还可能引发肠道氧化应激和淋巴细胞微核变异。更棘手的是，传统涂层材料往往顾此失彼——增厚保护层会削弱磁性能，减薄涂层又无法有效控制金属溶出。这种"两难困境"严重制约着纳米药物的临床转化。

为破解这一难题，来自巴基斯坦费萨拉巴德农业大学（University of Agriculture, Faisalabad）的研究团队另辟蹊径，选择聚乙二醇(PEG)这种"隐形斗篷"材料对钴铁氧体纳米颗粒进行精准武装。通过调控PEG-6000的涂层浓度梯度（0.1g、0.125g、0.25g），他们不仅将纳米颗粒的表面电位从-16.04mV提升至43.88mV，更令人振奋的是，在人类胚胎肾癌细胞(HEK293T)实验中，最优涂层组PEG_0.25的半数抑制浓度(IC₅₀)较裸颗粒降低53.5%，这项突破性成果发表在《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》上。

研究团队采用共沉淀法合成15.7nm的CoFe₂O₄ NPs核心，通过X射线衍射(XRD)确认其立方晶系结构，借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证PEG成功嫁接。动态光散射(DLS)技术量化了不同PEG浓度下的水合粒径和zeta电位变化，紫外可见光谱(UV-Vis)则追踪了纳米颗粒的光学特性。抗癌效能评估采用标准CCK-8法，而毒性研究则通过监测白化大鼠血清AST、ALT酶活性和血尿素氮(BUN)水平完成。

材料表征揭示结构奥秘
XRD图谱在2θ=30.11°、35.62°等处呈现典型尖峰，对应立方晶系(311)等晶面，PEG涂层未改变晶体结构但使衍射峰轻微宽化。FTIR在1100cm^-1处出现C-O-C特征峰，证实PEG成功锚定。DLS显示0.25g PEG组水合直径最小（89.3nm），且zeta电位达43.88mV，预示最佳胶体稳定性。

抗癌效能阶梯式提升
裸颗粒对HEK293T的IC₅₀为76.943μg/mL，而PEG_0.1、PEG_0.125、PEG_0.25组分别降至52.417μg/mL、44.826μg/mL和35.762μg/mL。这种剂量效应源于PEG增强的肿瘤组织渗透性(EPR效应)和延长了的血液循环半衰期。

毒性警报与安全窗口
虽然PEG化显著降低细胞毒性，但大鼠实验显示：当剂量>50mg/kg时，AST飙升至200U/L以上，ALT突破60U/L警戒线，BUN浓度达到70mg/dL的肾损伤阈值。值得注意的是，这种肝肾毒性呈现明显的剂量依赖性，在治疗剂量(20mg/kg)下未观察到显著异常。

这项研究首次建立了PEG涂层浓度-抗癌效能-器官毒性的三维关系模型，证实0.25g PEG修饰能在不破坏晶体结构的前提下，通过静电排斥作用实现纳米颗粒长效稳定。特别重要的是，研究揭示了纳米药物"疗效-毒性"的精细平衡法则：虽然PEG_0.25组抗癌活性最优，但其在高剂量下的肝肾损伤风险提示临床需严格把控给药剂量。该成果不仅为磁性纳米药物的表面工程提供新思路，更建立了从材料表征到动物毒理的完整评价体系，推动纳米医学向临床转化迈出关键一步。正如通讯作者Yasir Javed教授强调的："未来研究应聚焦于PEG分子量优化和主动靶向修饰，以进一步拓宽治疗窗口"。