光响应型α-TOS脂质体纳米载体同时递送TiO?和多柔比星，用于乳腺癌的治疗

《International Journal of Pharmaceutics》：Light-responsive α-TOS liposomal nanocarriers Co-delivering TiO 2 and doxorubicin for the treatment of breast cancer

光响应脂质体DTTPL通过共封装多柔比星（DOX）和二氧化钛（TiO?）纳米结构，利用TiO?的光催化机制实现DOX可控释放，显著提高乳腺癌细胞（MCF-7）的抑制效果（4.6倍），并通过转录调控协同失调Brca1、Bcl-2等基因。体内实验显示肿瘤抑制率达70.09%，且无显著器官毒性。

　　

冯凯新|张中坤|张静静|夏晓涵|姚思雨|王宇飞|吴敏

中国江苏省南京市东南大学化学与化学工程学院化学工程系，邮编211189

摘要

多柔比星（DOX）作为乳腺癌治疗药物，其临床应用受到毒性的限制。传统的脂质体制剂能够改善DOX的肿瘤输送效果，但存在释放控制不佳和包封效率低的问题。为了解决这些问题，我们开发了一种光响应脂质体制剂DTTPL，将DOX和二氧化钛（TiO₂）纳米结构共同封装在D-α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）-PEG脂质体内。DTTPL通过TiO₂的光敏催化机制成功实现了DOX的释放，其对MCF-7细胞的细胞毒性比游离DOX高4.6倍。转录分析显示，DOX和DTTPL共同作用可干扰关键基因（Brca1、Bcl-2、Bax、Caspase-3）的表达，这与细胞毒性的结果一致。最终，光触发型DOX/DTTPL制剂在小鼠体内实现了70.09%的肿瘤生长抑制率（TGI），且未观察到明显的器官毒性。这种光响应纳米制剂能够高效控制DOX的释放，为小分子药物输送治疗三阴性乳腺癌提供了新的策略。

引言

乳腺癌是全球女性中诊断最多且癌症相关死亡的主要原因之一，这一疾病带来了重大的临床挑战。局部手术、放疗和化疗是常见的乳腺癌治疗手段，其中化疗是最有效且应用最广泛的方法（Ashrafizadeh等，2023；Giaquinto等，2024；Nel等，2023）。然而，化疗的治疗效果受到其显著全身毒性的限制，因为化疗药物通常是通过全身给药方式到达肿瘤部位的（Kim等，2024）。多柔比星（DOX）是一种蒽醌类化疗药物，主要通过干扰DNA结构和抑制拓扑异构酶II来发挥细胞毒性作用，从而导致程序性细胞死亡。然而，像大多数化疗药物一样，DOX也会对健康细胞产生显著毒性。直接将DOX引入人体组织可能导致严重副作用，如心脏毒性以及肝肾损伤。因此，需要一种理想的药物输送系统来治疗乳腺癌。在这方面，基于纳米载体的抗肿瘤药物为癌症的诊断和治疗提供了有前景的策略（Abbas Abad等，2025；Arshad等，2023；Pourmadadi等，2023；Rajaei等，2024；Sadr等，2025；Shirzad等，2025；Sorourian等，2024）。

基于脂质体的药物输送系统作为一种有前景的平台，利用纳米颗粒将药物精准输送到肿瘤部位，通过增强渗透性和滞留效应（EPR）来提高治疗效果（Alshawwa等，2022；Al-Thani等，2024；Wang等，2024）。在水环境中，脂质体的主要成分磷脂由于亲水头部和疏水尾部的作用会自组装成双层结构，这种结构能够同时输送亲水性和疏水性药物（Chen等，2024）。此外，通常会在这些制剂中加入聚乙二醇（PEG）修饰的脂质，以提高脂质体-药物复合物的稳定性和血液循环时间（Ibrahim等，2022）。与仅具有单一药物输送功能的传统脂质体相比，基于D-α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS）的脂质体制剂不仅可以促进小分子的输送，还具有辅助抗肿瘤作用，因为α-TOS能够特异性地通过Bcl-2/Bax凋亡途径促进癌细胞凋亡，并已被用于乳腺癌的治疗（Valle等，2023）。更重要的是，研究表明，α-TOS与多种抗肿瘤药物联合使用可以产生协同效应，并有助于降低组合药物的心脏毒性（Sheng等，2024）。因此，基于α-TOS的脂质体制剂不仅能够利用脂质体的基本输送功能，还能整合α-TOS本身的促凋亡效应和协同潜力，显著提高抗肿瘤效果。然而，在之前的研究中，基于α-TOS的脂质体尚未完全优化以解决小分子药物的释放控制问题。

刺激响应型脂质体是一个快速发展的研究领域，其中pH值（Jayapriya等，2023）、酶（Wei等，2024）和光响应触发机制（Al-Nemrawi等，2022；Cedrún-Morales等，2024）是研究最为广泛的模式。Nijhawan开发了含有紫杉醇（PTX）的PEG修饰pH敏感脂质体，在pH 5.5条件下药物释放速率显著加快（36小时内释放96.64%），而生理pH 7.4条件下释放速率较低（Nijhawan等，2024）。虽然这类pH响应系统利用了肿瘤的酸性微环境进行靶向激活，但它们存在pH不稳定键的化学不稳定性和潜在的全身毒性问题（Yang等，2024）。相比之下，光响应纳米制剂具有结构稳定性更强、毒性更低以及通过外部光激活实现精确时空控制的优势（Overchuk等，2023）。当前的光动力疗法（PDT）基于有机光敏剂的整合或光催化无机纳米材料的封装（Chen等，2021；Fooladi等，2023）。光源激活光催化纳米颗粒会生成细胞毒性活性氧（ROS），如羟基自由基（·OH）和超氧阴离子（·O₂^?），这些活性氧通过光诱导的氧化还原反应与环境底物反应，导致脂质体双层结构破坏和药物释放。例如，Liu开发了一种光触发型MTX输送系统ZnPc(PEG)₄: MTX@LiPOs，实现了光疗和化疗的协同抗肿瘤效果（Liu等，2021）。这种可控的解体机制使得药物能够在肿瘤细胞内精确、光触发地释放，使光响应系统成为传统刺激响应平台的有吸引力的替代方案。然而，ZnPc的稳定性不足，长时间光照后可能会发生光漂白现象，导致光响应活性丧失（Liu等，未注明日期）。

二氧化钛（TiO₂）因其能够在紫外光照射下分解水而成为光催化剂研究的热点。由于其绿色合成方法、低毒性和生物相容性，TiO₂在生物医学应用中得到了广泛研究（Hajareh Haghighi等，2023；Javed等，2022；Sargazi等，2022）。研究表明，TiO₂的量子限制效应（QCE）能够拓宽材料带隙，使其吸收边缘向蓝端移动，同时将其有效吸收范围扩展到280–500纳米（Bie等，2025；Kong等，2022）。当TiO₂纳米颗粒（TiO₂NPs）被封装在脂质体中时，电子-空穴对可以快速迁移到TiO₂NPs的近表面参与光催化反应，因为腔体的扩散距离接近颗粒大小，这减少了电子-空穴对的重组，提高了光催化效率（Kaur Aulakh和Pal，2019）。因此，将TiO₂整合到基于α-TOS的脂质体中是一种构建稳定药物输送系统的有前景策略，可以实现小分子药物的控释。

在本研究中，我们开发了一种基于TiO₂-α-TOS-PEG-LIP（DTPL）的光响应脂质体药物输送系统，用于DOX的治疗性输送。作为主要药物成分，DOX通过静电吸附与TiO₂结合，并共同封装在PEG修饰的α-TOS脂质体内（DOX/TiO₂-α-TOS-PEG-LIP，DTPL）。引入TiO₂后，在氙气光照下DOX的释放速率加快。此外，与游离DOX和不含TiO₂的脂质体DOX-α-TOS-PEG-LIP（DTPL）相比，DTPL表现出更强的细胞毒性。体外实验表明，DTPL显著上调了促凋亡基因Caspase-3和Bax的表达，同时下调了DNA修复基因Brca1和抗凋亡基因Bcl-2。体内实验显示，DTPL在MDA-MB-231肿瘤模型中实现了70.09%的肿瘤抑制率，且未观察到明显的系统毒性，这通过体重、血液化学指标和苏木精-伊红（H&E）染色结果得到证实。药物制备和作用机制如图1所示。总之，开发的DTPL提高了DOX的药物输送效率和治疗效果，提出了一种基于光催化的抗乳腺癌新药物控释系统。

材料

多柔比星（DOX，98%）、D-α-生育酚琥珀酸酯（α-TOS，98%）、二硬脂酰磷脂酰胆碱（DSPC，99%）、盐酸四环素（TC-HCl，98%）和去离子水（DI水）购自Macklin Biochemical Technology Co.（中国上海）。1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷脂乙醇胺-N-[(聚乙二醇)-2000]（DSPE-PEG₂₀₀₀，98%）、无水乙醇（AR）和5,5-二甲基-1-吡咯烷N-氧化物（DMPO，97%）购自Meryer Technologies Co.（中国上海）。KBr

DTPL、DTTPL和DOX/TiO₂

在实验初期，我们对脂质体制剂进行了筛选，并根据实验结果优化了合成工艺。详细的优化过程记录在补充材料的表S3中。制备并评估了六种不同PEG含量的脂质体制剂，测量了它们的流体力学直径和包封效率（EE）。如表1和图2所示，所有脂质体的粒径分布在50–100纳米范围内，包封效率（EE）高于...

结论

传统的乳腺癌化疗方案常常受到疗效不足、毒性不可控和严重副作用的制约。尽管基于纳米颗粒的药物输送系统为这些挑战提供了有希望的解决方案，但开发出理想的控释药物制剂仍是一个持续的研究课题。在本研究中，我们开发了具有光触发药物释放功能的DTPL，利用了TiO₂的光催化性质...

资助声明

本研究得到了中国国家自然科学基金（82404603，32402218）、江苏省自然科学基金（项目编号BK20241311、BK20243047和BG2024007）、中央高校基本科研业务费（2242024K40041）以及东南大学启动研究基金（RF1028623361）的支持。

CRediT作者贡献声明

冯凯新：撰写原始稿件、软件开发、方法学设计、数据管理。张中坤：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、资金争取。张静静：数据可视化、软件使用、数据管理。夏晓涵：数据可视化、软件使用、数据管理。姚思雨：数据可视化、资源协调、资金争取。王宇飞：数据可视化、软件使用、数据管理。吴敏：监督、方法学设计、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

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