pH响应型Zn/Co双金属ZIF纳米平台用于姜黄素递送及体外抗C26结肠癌评价

《RSC Advances》：Bimetallic ZIF nanoplatform for pH-responsive curcumin delivery: synthesis, characterization, and in vitro evaluationOpen Access

　　

近年来，探索基于沸石咪唑酯骨架（zeolitic imidazolate framework, ZIF）的纳米平台用于药物递送已引起越来越多关注。在本研究中，研究人员通过简单一锅法在温和条件下合成了含Zn和Co的双金属ZIF（bimetallic ZIF, BZIF）。通过全面的物理化学表征确认了BZIF的形成。随后将姜黄素（curcumin, CUR）负载到BZIF上以获得CBZIF纳米平台。CBZIF表现出pH响应性CUR释放，72 h后pH 5.5时累积释放达78.19%，而pH 7.4时为44.25%。体外研究表明，CBZIF对正常L929细胞保持良好生物相容性，同时与游离CUR和原始BZIF相比，对C26癌细胞表现出增强的抗癌活性。总体而言，这些发现表明CBZIF是一种有前景的pH响应型CUR递送纳米平台，并为进一步研究其潜在生物医学应用提供了基础。

近年来，基于沸石咪唑酯骨架（zeolitic imidazolate framework, ZIF）的纳米平台在药物递送领域受到广泛关注。ZIF是由金属离子与咪唑酯连接体通过配位作用形成的框架材料。纳米载体在癌症相关研究中受到重视，因为其有潜力改善治疗剂的稳定性、递送和控制释放。然而，肿瘤复杂的生物学特征仍然是有效递送系统开发的挑战，因此探索不同纳米载体平台及其治疗递送应用仍具有重要意义。已有研究考察双金属ZIF作为癌症治疗纳米载体：Zhong et al.开发Fe/Zn双金属ZIF递送多柔比星（DOX），可负载和控制释放，并抑制MCF-7乳腺癌细胞；Wei et al.报道Cu/Zn ZIF平台Cu/ZIF-8@葡萄糖氧化酶-DOX@透明质酸，对HL-7702人肝细胞相容并对HeLa宫颈癌细胞有细胞毒性；Zhang et al.报道Zn/Co ZIF递送抗癌肽At10并评价HeLa；Kabir et al.证明Zn/Co双金属ZIF在生理条件下稳定性改善且与人真皮成纤维细胞相容。受这些研究启发，研究人员开发Zn/Co双金属ZIF（BZIF），并基于既往程序修改。研究人员在三个方面扩展：第一，探索BZIF携带不同治疗货物，选择姜黄素（curcumin, CUR）作为模型；第二，在pH 5.5和7.4的磷酸盐缓冲液（phosphate-buffered saline, PBS）中研究pH响应CUR释放，分别代表酸性肿瘤相关条件和生理条件；第三，用L929正常成纤维细胞和C26结肠癌细胞体外评价生物行为。目的是为BZIF纳米载体携带不同治疗货物和细胞模型提供补充信息。研究人员通过一锅法在温和条件下合成BZIF，并通过多种表征确认其形成。随后负载CUR得到CBZIF，发现其具有pH响应释放、对正常细胞良好生物相容性和对C26增强的抗癌活性。该研究表明CBZIF是有前景的pH响应型CUR递送纳米平台，并为进一步研究其潜在生物医学应用提供基础。

关键技术方法（不超过250字）：BZIF通过一锅法合成：将锌盐和钴盐与2-甲基咪唑（2-methylimidazole, 2-MIM）在甲醇中室温搅拌15 min；CUR通过后合成吸附负载到BZIF上得到CBZIF。药物释放采用透析法，在含1% Tween 80的PBS中37 °C进行，并分别在pH 7.4和5.5测定。细胞实验使用来自RIKEN的小鼠成纤维细胞L929和小鼠结肠癌细胞C26，培养于RPMI-1640（含10%胎牛血清和1%青霉素–链霉素）。采用MTT（3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物）法、活/死染色、罗丹明B（rhodamine B, Rho）标记BZIF（RBZIF）的细胞摄取及4′,6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）核染色，统计用two-way ANOVA和?ídák多重比较，p < 0.05。

3.1 Synthesis and characterization（合成与表征）：研究人员通过一锅法将Zn²⁺、Co²⁺与2-MIM混合，室温磁力搅拌15 min形成BZIF。透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）显示菱形十二面体形态，平均粒径约64.32 nm；能量色散X射线光谱（energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDX）显示C 54.8 wt%、N 28.8 wt%、Co 6.4 wt%、Zn 6.3 wt%、O 3.7 wt%，元素分布较均匀。动态光散射（dynamic light scattering, DLS）显示水合粒径127.67±0.90 nm，多分散指数（polydispersity index, PDI）0.10±0.02；较ZIF-8略大，但远小于ZIF-67，说明Zn²⁺可有效抑制Co基ZIF体系颗粒过度生长。傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR）在421 cm^?1显示M–N键，X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）显示ZIF特征衍射峰，热重分析（thermogravimetric analysis, TGA）和导数热重分析（derivative thermogravimetry, DTG）显示热稳定高于400 °C，约458 °C近乎完全分解，残余约34.5%；Zeta电位为+34.33±0.70 mV，介于ZIF-8和ZIF-67之间，有利于与带负电细胞膜相互作用和细胞内在化。

3.2 Drug loading analysis（药物负载分析）：采用后合成吸附策略，CBZIF的负载效率（loading efficiency, LE）70.97±0.17%，负载量（loading capacity, LC）7.10±0.02%，归因于CUR与BZIF之间氢键、π–π和静电相互作用。CBZIF水合粒径168.37±1.11 nm，比BZIF增大约40.70 nm，PDI 0.05±0.02，Zeta电位+24.90±0.44 mV；FT-IR出现约3303 cm^?1的O–H伸缩振动，XRD保留BZIF特征峰。

3.3 Drug release analysis（药物释放分析）：透析法显示CBZIF在pH 5.5释放明显快于pH 7.4，72 h累积释放分别为78.19%和44.25%。酸性条件下咪唑连接体质子化可能降低BZIF框架稳定性，并削弱CUR与BZIF相互作用，促进释放；pH 7.4较稳定，释放较慢且持续。该pH依赖性有利于减少生理条件下CUR过早泄漏并促进酸性肿瘤微环境中快速释放。

3.4 MTT analysis（MTT分析）：MTT法显示，在正常L929细胞中多数样品生物相容，100 μg mL^?1时BZIF、CBZIF和游离CUR的细胞存活率分别为86.17%、70.54%和69.59%，光学显微镜显示L929形态基本保持。在C26细胞中，100 μg mL^?1时BZIF存活率51.98%，CBZIF降至24.83%，游离CUR为75.90%；CBZIF对癌细胞毒性强于原始BZIF和等量游离CUR，显示提高CUR生物利用度和治疗效率；CBZIF对C26的半数抑制浓度（half-maximal inhibitory concentration, IC₅₀）为73.50 μg mL^?1。

3.5 Live/dead analysis（活/死分析）：用钙黄绿素-AM（calcein-AM）和乙锭同源二聚体-1（ethidium homodimer-1）染色，L929主要呈绿色荧光，说明良好活力和生物相容性；C26中CBZIF处理出现较强红色荧光，说明癌细胞死亡增加，与MTT结果一致。

3.6 Cellular uptake analysis（细胞摄取分析）：以RBZIF为荧光探针，DAPI染核，Rho红色荧光监测胞内分布。L929和C26在1、3、6、9、24 h内红色荧光逐渐增强，呈时间依赖性摄取；定量显示摄取效率在L929中从15.68%升至43.11%，在C26中从15.63%升至52.87%。

3.7 Comparative study（比较研究）：该部分将本系统与既往双金属ZIF治疗纳米平台比较，涉及Zn/Pt、Zn/Fe、Zn/Cu、Zn/Co和Zn/Bi等双金属组合，以及DOX、At10、DNAzyme、磺化维生素K3（SVK3）和藤黄酸（GA）等货物，细胞模型包括PC3、MCF-7、HeLa、4T1和Huh-7。本研究将CUR加入BZIF治疗货物，并采用C26细胞模型。CUR的LE为70.97%，相对低于某些其他货物，这可能与治疗货物分子特征有关；未来可进一步研究体内模型。

讨论与结论：讨论部分主要通过比较研究说明BZIF平台可携带不同治疗货物并在不同癌细胞模型中评价，CBZIF拓展了CUR递送和C26模型的数据。结论翻译如下：在本研究中，研究人员通过简单一锅法在温和条件下成功合成了含Zn和Co离子的双金属ZIF纳米载体。所开发的BZIF表现出典型菱形十二面体形态、合适粒径、窄粒径分布、正表面电荷和高热稳定性。包括TEM、EDX、DLS、FT-IR、XRD、TGA、DTG和Zeta电位分析在内的多种表征技术证实了双金属框架的成功形成。随后将CUR负载到BZIF上获得CBZIF，其具有良好负载效率和负载量。此外，CBZIF在CUR负载后保持适合生物医学应用的理化性质。所开发系统表现出pH响应性CUR释放，在酸性条件下比生理条件下释放显著更快。这种释放行为提示CBZIF有潜力在酸性肿瘤微环境中有利释放CUR。体外研究进一步证明CBZIF良好的生物安全性和抗癌潜力。所开发系统对正常L929细胞显示良好生物相容性，同时与游离CUR和原始BZIF相比，对C26癌细胞表现出增强的细胞毒性。活/死染色也证实CBZIF更强的癌细胞杀伤作用。此外，通过摄取研究部分阐明了所开发系统的细胞摄取行为，其中BZIF表现出有效内化到癌细胞，进一步支持其作为癌症治疗有效纳米平台的潜力。