氟化纳米-生物界面工程化设计用于增强细胞内递送与结直肠癌治疗

《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Engineering Fluorinated Nano–Bio Interfaces for Enhanced Intracellular Delivery and Colorectal Cancer Therapy

　　**摘要**疏水性药物的有效胞内递送仍然是药物递送领域面临的一项重大挑战。本研究通过整合一种对pH和谷胱甘肽（GSH）具有双重响应性的DPA/DSDMA网络与含氟的TFOA外壳，开发了一种含氟核壳型双响应纳米凝胶（DPA-TFOA）。为了研究外壳组成对药物释放及纳米凝胶–细胞相互作用的影响，制备了具有不同PEG含量的PEG修饰纳米凝胶进行比较。结果显示，该纳米凝胶具有高的汉防己甲素（HNK）负载量、良好的胶体稳定性、pH/GSH响应性释放特性以及良好的细胞相容性。与PEG修饰的制剂相比，DPA-TFOA在CT26细胞中表现出更高的细胞相关荧光，并伴随更强的抗增殖活性。在CT26荷瘤小鼠模型中，HNK@DPA-TFOA实现了最强的肿瘤抑制效果，且未见明显的全身毒性。值得注意的是，尽管各制剂间观察到HNK释放行为的差异，但这些差异与其细胞结合或抗肿瘤功效之间并不直接相关。这些发现表明，除释放动力学外，纳米–生物界面性质也可能影响纳米载体的递送性能。因此，通过工程化设计纳米凝胶的外壳组成，有望为提高疏水性抗癌药物的治疗性能提供一条可行的途径。---**引言**尽管手术、化疗、靶向治疗和免疫治疗已取得长足进步，结直肠癌（CRC）仍然是全球范围内癌症相关发病率和死亡率的主要病因之一[1]。虽然传统化疗药物在提高患者生存率方面取得了一定成效，但其临床获益常常受到严重全身毒性、多重耐药性以及药物在肿瘤组织内蓄积不足等问题的限制[2]。因此，天然来源的小分子药物因其能够同时调控多种致癌信号通路且毒性相对较低而受到广泛关注。其中，汉防己甲素（HNK）是一种从玉兰中分离得到的生物活性联苯酚类化合物，具有广泛的抗癌活性，包括抑制肿瘤细胞增殖、诱导凋亡、抑制转移以及调控与肿瘤进展相关的多种信号通路[3]、[4]。然而，HNK在临床应用中的转化受到其水溶性差、全身清除快、生物利用度低以及胞内蓄积不足等药代动力学缺陷的严重制约[5]。这些药代动力学局限性显著降低了药物在胞内治疗靶点的可用浓度，凸显了开发能够有效将疏水性天然药物递送至肿瘤细胞的递送系统的迫切需求。纳米技术已成为克服疏水性药物药理学局限性的有效策略[6]、[7]。包括脂质体、聚合物纳米粒、胶束和纳米凝胶在内的多种纳米载体已被广泛探索，以提高药物溶解度、延长血液循环时间，并通过增强的渗透和滞留（EPR）效应增强肿瘤部位的药物蓄积[8]。在这些纳米载体中，聚合物纳米凝胶因其含水量高、胶体稳定性优异、药物负载量大以及结构可设计性强而备受关注[9]、[10]。特别是刺激响应性纳米凝胶能够根据酸性pH和胞内谷胱甘肽（GSH）升高这类病理特征信号精准调控药物释放，从而在血液循环过程中减少药物过早泄漏，同时在肿瘤细胞内促进药物释放[11]。因此，pH/GSH双响应纳米凝胶已成为疏水性抗癌药物智能递送系统中最广泛研究的类型之一。尽管在刺激响应性纳米载体开发方面已取得显著进展，但目前的设计策略仍主要集中在加速药物在纳米粒蓄积于肿瘤微环境后的释放。然而，越来越多的证据表明，仅加速药物释放并不一定能够转化为更优的治疗效果，因为纳米载体的生物性能还受到纳米–生物界面相互作用、细胞内化和体内分布等因素的强烈影响[12]。对于HNK等疏水性药物而言，成功的胞内递送取决于一系列生物学事件的级联过程，包括血液循环、膜相互作用、细胞内化、胞内分泌运输以及最终在胞内靶点的药物释放[13]、[14]。在这些过程中，纳米–生物界面相互作用是一个重要的早期事件，可能影响后续的细胞结合和递送性能。因此，合理的纳米医学设计应兼顾纳米–生物界面性质和刺激响应性药物释放，以提高整体递送性能[15]。纳米–生物界面最近成为决定纳米材料生物学命运的关键因素之一。纳米粒子进入生物环境后，其表面性质（包括表面化学组成和分子结构）决定了其与细胞膜的相互作用，并最终影响胞内递送效率[16]。因此，表面工程已成为调控纳米粒子–细胞相互作用的重要手段[17]。在众多可用策略中，含氟材料日益受到关注，因为氟基团具有独特的物理化学特性，包括低表面能、高化学稳定性以及独特的疏水/拒脂界面特性[18]、[19]。这些特性可能有助于增强与磷脂膜的相互作用，同时保持良好的胶体稳定性，并为疏水性药物的负载提供有利环境。更重要的是，含氟界面有潜力促进膜吸附并有利于胞内递送，使含氟界面工程成为调控纳米–生物界面相互作用、提高纳米载体性能的有前景策略[20]。尽管含氟纳米材料在药物递送领域的应用日益受到重视，但现有研究主要集中于改善药物包封、胶体稳定性、血液循环行为或成像性能。相比之下，关于含氟界面如何调控纳米–生物界面相互作用从而影响胞内递送的研究相对较少[21]。PEG化改性被广泛用于降低非特异性蛋白吸附，从而提高胶体稳定性并延长系统循环时间，但其形成的水化层也可能减弱纳米粒子与细胞之间的直接相互作用。相反，氟基团可能与生物膜的增强相互作用相关。因此，本研究从pH/氧化还原响应性药物释放、纳米凝胶–细胞结合、体内分布和抗肿瘤效果等方面，比较了DPA-TFOA与含PEG对照制剂的差异，以探究制剂依赖性与生物性能之间的关系[22]。本研究旨在阐明DPA-TFOA的递送行为，并为疏水性药物的响应性纳米凝胶的理性设计提供依据。---**材料**2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸酯（DPA）和聚乙二醇单甲基丙烯酸酯（PEG，Mn = 480 g/mol）购自Sigma-Aldrich。双(2-甲基丙烯酸酯氧乙基)二硫化物（DSDMA）和1H,1H,2H,2H-全氟辛基丙烯酸酯（TFOA）购自上海必达制药科技有限公司。过硫酸铵（APS）、[聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇]（Pluronic P123）和还原型谷胱甘肽（GSH）购自上海阿拉丁。---**含氟双响应纳米凝胶的制备与理化表征**本研究以DPA作为pH响应性单体、以DSDMA作为氧化还原响应性交联剂，构建了基于TFOA的含氟核壳型纳米凝胶DPA-TFOA，用于疏水性汉防己甲素（HNK）的递送。同时，通过在外壳中加入不同比例的PEG，在保持外壳单体总含量恒定的条件下，制备了DPA-PEG?-TFOA和DPA-PEG??-TFOA。随后，对所获得的纳米凝胶进行了系统性的理化性质表征，---**讨论**本研究开发了一种含氟核壳型双响应纳米凝胶（DPA-TFOA），并将其与含PEG的对照制剂进行比较，以评估其药物递送性能。虽然三种纳米凝胶制剂的理化性质相似，pH/氧化还原响应行为也相近，但它们在纳米凝胶–细胞相互作用和抗肿瘤性能方面存在差异。DPA-TFOA表现出更强的细胞结合能力和更显著的抗肿瘤活性，同时---**结论**综上所述，本研究通过将pH/GSH响应性DPA/DSDMA网络与含TFOA的外壳整合，开发了一种含氟核壳型双响应纳米凝胶（DPA-TFOA），用于疏水性HNK的递送。DPA-TFOA表现出良好的药物负载能力、优异的胶体稳定性、刺激响应性药物释放特性和生物相容性。此外，该纳米凝胶还显示出增强的细胞结合能力、胞内荧光定位效果以及显著的抗肿瘤活性，同时---**未引用参考文献**[31]、[32]---**CRediT作者贡献声明****江子璇（Zixuan Jiang）：** 调查、数据整理。**周瑞明（Ruiming Zhou）：** 验证、资源。**黄迪（Di Huang）：** 验证、资源、调查。**胡雨洁（Yujie Hu）：** 可视化、验证、调查。**丁峰（Feng Ding）：** 原稿撰写、可视化、方法论、调查、形式分析、数据整理、概念设计。**曹俊迪（Jundi Cao）：** 验证、方法论、调查、形式分析。**赵龙（Long Zhao）：** 审阅与编辑、监督、项目管理、基金获取、概念设计。**吴成柱（Chengzhu Wu）**---**利益冲突声明**作者声明不存在可能影响本文所报告工作的经济利益冲突或人际关系。---**致谢**本研究得到蚌埠医科大学512人才培育计划（项目编号：By51202202）和蚌埠医科大学博士科研启动基金（编号：bsqd202109）的资助。同时，感谢蚌埠医科大学科研中心提供的技术支持。