《International Journal of Pharmaceutics》：Bola-amphiphilic dendrimers with tunable architecture for ROS-responsive precision delivery of doxorubicin
编辑推荐：
摘要能够精确实现细胞内药物释放的刺激响应型纳米载体对于提高癌症化疗的疗效和安全性至关重要。然而，许多现有系统存在结构可调性有限以及分子结构、自组装与响应性之间整合不完善的问题，这限制了肿瘤递送和治疗效果。在此，我们报道了一种具有可调树枝代数、对活性氧（ROS）响应的球型两亲性
摘要
能够精确实现细胞内药物释放的刺激响应型纳米载体对于提高癌症化疗的疗效和安全性至关重要。然而，许多现有系统存在结构可调性有限以及分子结构、自组装与响应性之间整合不完善的问题，这限制了肿瘤递送和治疗效果。在此，我们报道了一种具有可调树枝代数、对活性氧（ROS）响应的球型两亲性树枝状分子，即bola4A和bola8A，作为阿霉素（DOX）递送平台并进行系统性比较。两种树枝状分子均表现出高载药能力和稳定的纳米组装体形成能力，而采用较低代数PAMAM树枝单元的bola4A允许刺激物更有效地渗透进入纳米系统。这种结构特征增强了ROS和pH触发的药物释放，促进了细胞摄取，并加速了内体逃逸。重要的是，树枝代数的调节系统性地改变了纳米粒子的结构和响应性，直接决定了治疗效果。因此，bola4A/DOX纳米粒子在肿瘤蓄积和组织穿透方面表现优异，在体外和卵巢癌SKOV3异种移植模型中表现出改善的抗癌效果，且相对于游离DOX降低了全身毒性。这些结果确立了树枝状结构是刺激响应性和药物递送性能的关键决定因素，并为针对病理微环境设计下一代刺激响应型纳米药物提供了合理框架。
引言
尽管化疗仍然是癌症治疗的基石，但其临床疗效经常受到生物分布不佳、全身毒性、治疗效果欠佳以及多药耐药性产生的限制。基于纳米医学的递送系统提供了一种有吸引力的策略来解决这些局限性，通过改善药代动力学并利用增强渗透和滞留效应促进药物在肿瘤部位优先蓄积，同时减少脱靶效应。对肿瘤微环境特征包括酸性、缺氧和氧化还原失衡的深入认识，进一步推动了刺激响应型递送系统的发展，使药物能够在病理信号的响应下实现时空可控的释放。超分子递送系统通过动态非共价相互作用组装而成，具有可调结构、良好的生物相容性、灵活的载药能力以及微环境响应性释放特性，使其成为精确按需药物递送的理想平台。然而，超分子纳米载体中分子结构、自组装行为与药物递送能力之间的关系仍定义不足。
在这些平台中，树枝状分子代表了一类具有精确定义、高度分支的精确结构和协同多重价态特性的宏观分子。两亲性树枝状分子尤为特殊，它们在单一支架中整合了定制化的疏水段和亲水段，从而协同结合了脂质的自组装特性与树枝状分子独特的结构多功能性。这种混合设计使得构建具有可调形态、高载药能力和自适应响应性的超分子树枝状纳米系统成为可能，为肿瘤微环境响应性药物递送提供了强有力的基础。具体而言，球型两亲性树枝状分子通过将两个亲水性聚酰胺胺树枝单元与具有硫缩醛核心的疏水"球型脂质"偶联而开发而成，该核心在癌细胞内活性氧水平升高时可被裂解，从而实现按需的细胞内药物释放。球型脂质支架赋予了球型两亲分子所特有的稳健自组装行为。因此，该bola4A树枝状分子将树枝状分子的结构精度和多重价态特性与球型脂质硫缩醛核心的稳健自组装和ROS响应特性相结合，实现了核酸治疗药物或疏水性化疗药物的递送。
为了进一步阐明树枝状分子结构如何影响自组装超分子树枝状纳米系统的自组装行为和药物递送性能，我们开发了具有不同树枝代数的球型两亲性树枝状分子，即bola2A、bola4A和bola8A。Bola2A因其显著的膜破坏性毒性而被排除在药物递送研究之外。先前的研究表明，bola4A中延伸的疏水球型链末端分支亲水树枝单元在纳米系统内产生了大量的疏水空腔，从而促进了高载药能力和有前景的药物递送性能。在此，我们研究了树枝代数如何影响包封效率、刺激响应性、药物释放和治疗效果。通过选择bola4A和bola8A分别代表较低代数和较高代数系统，我们系统地考察了"树枝效应"，即树枝代数调控物理化学性质和递送行为。这种方法为合理设计具有可调治疗性能的基于树枝状分子的自组装超分子纳米载体奠定了基础。
在本研究中，我们系统地评估了抗癌药物阿霉素（DOX）在bola4A和bola8A中的载药和释放行为。两种树枝状分子均表现出高DOX载药能力，我们将此归因于它们的自组装行为以及独特的径向树枝状结构。对树枝状分子-药物结合相互作用、粒径以及在ROS和酸性pH条件下刺激响应性释放的表征揭示了DOX递送行为存在显著的单代数依赖性差异。特别是，树枝代数的精确调节系统性地调控了纳米粒子的结构和ROS响应性，建立了树枝代数决定药物释放和治疗效果的构效关系。值得注意的是，bola4A/DOX纳米粒子能够响应升高的细胞内ROS水平实现肿瘤选择性DOX递送，并在体外和体内卵巢癌模型中产生强效的抗肿瘤效果。总体而言，本工作确立了球型两亲性树枝状分子的分子设计原则，并为开发用于肿瘤特异性和适应性药物递送的精密超分子纳米载体提供了框架。
章节摘要
Bola4A表现出优异的载药能力和优越的刺激响应性药物释放
球型两亲性PAMAM树枝状分子是药物递送系统的理想候选者，因为它们结合了PAMAM树枝状分子的结构特征与球型脂质的自组装能力。在本研究中，采用具有不同树枝代数的球型两亲性树枝状分子将化疗药物DOX包封于其中。如图1A所示，DOX成功被包封于bola4A和bola8A纳米组装体中
结论
在本研究中，我们开发并比较了两种球型两亲性树枝状分子bola4A和bola8A，作为ROS响应型纳米载体用于阿霉素（DOX）的细胞内递送。虽然两个平台均实现了高载药效率，但bola4A——由较低代数的树枝单元组成——对ROS和酸性刺激表现出更强的响应性，这与比bola8A——由较高代数的树枝单元组成——更有效的细胞内摄取、更快的内体逃逸和增强的药物释放相关。
CRediT作者贡献声明
朱丹丹：论文撰写—初稿，可视化，方法学，调查研究，数据整理。林书婷：论文撰写—初稿，可视化，方法学，调查研究，数据整理。姬令敏：方法学，调查研究。刘磊：方法学，调查研究。王曼曼：数据整理，可视化。黄远征：方法学，形式分析。梁升翔：资源提供。李鑫：资源提供，调查研究，数据整理。陈家璇：资源提供，调查研究，数据整理。李云：
利益冲突声明
作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金委员会资助（项目编号：51773227），中国青年****，江苏省特聘教授计划以及国家重点国际科技合作专项（项目编号：2018YFE0117800）的支持。
朱丹丹|林书婷|姬令敏|刘磊|王曼曼|黄远征|梁升翔|李鑫|陈家璇|李云|吴纯勇|吴胜梅|Ildikó Bácskay|Ferenc Fenyvesi|刘潇玄
