《Materials Chemistry and Physics》：Green synthesis and characterization of platinum nanoparticles loaded with paclitaxel and coated with chitosan: a promising approach for breast cancer treatment
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本研究采用茴香籽提取物绿色合成铂纳米颗粒（Pt NPs），负载紫杉醇（PTX）并涂覆壳聚糖（Ch），构建高效靶向递送系统。XRD、TEM等表征显示Pt NPs为17-20 nm球形颗粒，表面电位优化至+36 mV，红细胞溶血实验证实安全性。药物释放实验表明pH响应性释药特性，体外实验显示对IBC细胞（SUM149、KPL4）抑制效果优于非IBC细胞（MDA-MB-231），尤其在迁移和增殖抑制方面。
Mouhaned Y. Al-darwesh | Maroua Manai | Nesrine Boughzala | Hammouda Chebbi
突尼斯大学埃尔马纳尔分校，突尼斯科学学院，材料实验室，晶体化学与应用热力学系，2092 El Manar II，突尼斯，突尼斯
摘要
紫杉醇耐药性仍然是乳腺癌治疗中的一个主要挑战，尤其在炎症性乳腺癌（IBC）中更为明显，其内在的侵袭性导致治疗效果有限且疾病进展迅速。在这项研究中，我们设计了一种环保的合成方法，开发了一种基于负载有紫杉醇（PTX）的铂纳米粒子（Pt NPs）的新型纳米系统，作为治疗乳腺癌的有效药物递送平台。这些Pt NPs是使用Foeniculum vulgare（F. vulgare）种子提取物通过绿色方法合成的。随后，这些纳米粒子被加载了PTX，并涂覆了壳聚糖（Ch）以增强药物递送效率。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析（TGA）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见光（UV-Vis）吸收光谱和ζ电位测量等方法对纳米粒子的物理化学性质进行了表征。X射线衍射（XRD）分析证实了所得纳米粒子（Pt NPs和Pt-PTX-Ch）的高纯度和独特的晶体结构。FESEM分析显示，这些纳米粒子呈球形，有聚集倾向，平均尺寸在17至20纳米之间。光谱分析显示，Pt NPs在270纳米处有吸收峰，而Pt-PTX-Ch在279纳米处有吸收峰。表面测量显示，Pt NPs的ζ电位为-24 mV，Pt-PTX-Ch的ζ电位为+36 mV。在溶血活性测定中，这些纳米粒子与红细胞（RBCs）表现出良好的生物相容性，在7.5至120 μg/mL的浓度范围内没有引起溶血效应。药物释放研究表明，药物释放具有持续性和pH响应性。细胞凋亡测定结果与MTT结果一致，证实了这些纳米粒子在精准靶向癌细胞方面的有效性。我们的体外研究表明，PT和PT+Ch处理显著减少了乳腺癌细胞的增殖、克隆形成和迁移，在炎症性乳腺癌（IBC）细胞（SUM149和KPL4）中的效果优于非IBC（nIBC）细胞（MDA-MB-231）。本研究表明，Pt-PTX-Ch纳米粒子是一种有前景的PTX递送系统，可提高其对IBC细胞的疗效。
引言
乳腺癌是全球影响女性最常见的恶性肿瘤之一，由于其多种亚型和不同的治疗反应而成为重大的健康挑战1, 2, 3, 4。尽管诊断方法和治疗策略取得了显著进展，但乳腺癌的死亡率仍然很高，尤其是在疾病的晚期阶段5, 6。在传统治疗方法中，紫杉醇因其强大的细胞毒性而被广泛认为是首选化疗药物7, 8。紫杉醇通过稳定微管来发挥作用，从而阻止细胞分裂并促进癌细胞凋亡9, 10。然而，其治疗效果受到多种挑战的严重阻碍，如水溶性差、快速全身清除以及严重的非特异性毒性，这些因素可能导致许多不良反应并显著降低患者的生活质量11, 12, 13。这些限制促使人们需要新型药物递送系统，以增强紫杉醇的治疗效果同时最小化其全身毒性14, 15, 16。纳米技术作为一种有前景的方法，可以通过提高药物溶解度、改善靶向递送和优化治疗效果来应对这些挑战17, 18。基于纳米技术的药物递送系统在癌症治疗中显示出巨大潜力，因为它们能够改变治疗剂的物理化学性质，提高其生物利用度和选择性靶向性19, 20, 21。在各种纳米载体中，金属纳米粒子，特别是铂纳米粒子（Pt NPs），由于其独特的物理化学性质（包括高表面积与体积比、表面修饰潜力以及内在的生物相容性22, 23, 24）而受到广泛关注。铂纳米粒子对癌细胞具有内在的细胞毒性，主要通过诱导氧化应激、DNA损伤和随后的细胞凋亡25, 26。这使它们成为癌症治疗的理想候选物，既可以单独使用，也可以作为递送化疗药物的纳米载体[27]。然而，传统的Pt NPs合成方法通常涉及有毒化学物质和能耗高的过程，这限制了它们在生物医学领域的应用[28]。为了克服这些限制，人们开发了绿色合成方法作为传统化学方法的环保和可持续替代方案[29]。绿色合成通常使用天然还原剂（如植物提取物、微生物或生物聚合物）来促进金属离子的还原和纳米粒子的形成[30]。F. vulgare种子的提取物在铂纳米粒子的绿色合成中起到了有效的生物还原和生物稳定作用。这种方法不仅避免了有害化学物质的使用，还使得纳米粒子常常被生物分子包覆，从而赋予了额外的生物活性，并提高了其在F. vulgare种子提取物、多酚和黄酮类化合物（如迷迭香酸、绿原酸）中的生物相容性31, 32。例如，最近的研究表明，使用茶叶、芦荟或肉桂提取物进行基于植物的绿色合成可以生产出具有增强抗癌特性的稳定纳米粒子33, 34。此外，这些植物提取物中的生物活性成分（如多酚、生物碱和黄酮类）可以与金属核心协同作用，产生具有增强治疗效果的纳米粒子35, 36。除了纳米粒子合成方法的选择外，表面修饰在决定药物负载纳米粒子的稳定性、靶向性和释放特性方面也起着关键作用37, 38。在各种表面涂层剂中，壳聚糖因其独特的性质（包括高生物相容性、可生物降解性、黏附性和内在的抗菌及抗癌活性39, 40）而受到广泛关注。壳聚糖是一种天然多糖，源自几丁质，是一种阳离子聚合物，可以通过静电作用与带负电的细胞膜相互作用，从而增强细胞摄取并改善药物向靶点的递送41, 42。此外，壳聚糖的黏附性质可以延长药物在肿瘤部位的停留时间，促进持续的药物释放并改善治疗效果43, 44。这使得壳聚糖成为Pt NPs的理想涂层材料，为紫杉醇的加载提供了稳定的界面，并实现了可控和持续的药物释放[45]。本研究旨在开发一种新型纳米载体系统，该系统由绿色合成的铂纳米粒子组成，负载有紫杉醇并涂覆有壳聚糖，专门用于靶向乳腺癌治疗[46]。这种方法的原理是将Pt NPs的固有细胞毒性与紫杉醇的强大抗癌活性以及壳聚糖的稳定、生物黏附和靶向特性结合起来，创建一个多功能纳米平台，以最大化治疗效果同时最小化全身毒性[47]。使用绿色合成方法不仅确保了更安全和可持续的生产方式，还产生了具有更高治疗潜力的生物活性纳米粒子[48]。据我们所知，绿色合成的Pt NPs、紫杉醇加载和壳聚糖涂层的组合尚未在乳腺癌治疗中进行广泛研究，因此这项研究在该领域具有开创性[49]。最近的研究探索了各种基于纳米粒子的策略，以改善癌症治疗中紫杉醇的递送和效果[50]。例如，2019年发表的一项研究表明，与壳聚糖结合并加载有顺铂的氧化铁纳米粒子相比，未涂层的纳米粒子对乳腺癌细胞的抗癌活性显著更高，这归因于增强的细胞摄取和选择性靶向[51]。2023年的另一项研究报告称，加载有紫杉醇并涂覆有壳聚糖的金纳米粒子在乳腺癌治疗中表现出双重功能，提高了紫杉醇对癌细胞的细胞毒性，同时降低了其对健康细胞的毒性[52]。这些发现强调了使用壳聚糖涂层的纳米粒子作为提高化疗药物治疗效果的多功能平台的潜力。因此，本研究旨在通过开发一种绿色合成的铂纳米粒子系统来扩展这些发现，该系统结合了铂的抗癌效果、紫杉醇的治疗效力以及壳聚糖的稳定特性，以实现创新和有效的乳腺癌治疗策略（图1）。
材料
六氯铂酸（IV）（H2PtCl6·6H2O，PTX，半合成，≥98%（HPLC）和二甲基亚砜（DMSO，ACS试剂，≥99.9%（GC）从Sigma-Aldrich（Merck KGaA，德国达姆施塔特）购买。壳聚糖（中等分子量，脱乙酰化程度≥75%，用于涂层）和冰醋酸（ACS级，≥99.7%）从Sigma-Aldrich（德国达姆施塔特）获得，而无水乙醇（ACS级，≥99.5%（v/v）从Scharlau（西班牙巴塞罗那）获得。
表征
合成的Pt-PTX-Ch纳米粒子的物理化学和形态性质通过多种分析技术进行了表征。傅里叶变换红外（FTIR）光谱是在PerkinElmer 1750光谱仪上以漫反射模式记录的，光谱分辨率为4 cm-1，每个光谱代表64次单独扫描的平均值，以确保高信噪比和光谱准确性。形态结构使用...
FTIR
提取光谱在3429 cm-1处显示出一个宽的吸收带，对应于羟基（O–H）的伸缩振动[61]，这些羟基主要来源于酚类化合物、黄酮类和苯丙烯衍生物（如反式茴香脑和 Estragole），这些植物化学物质以其电子捐赠和抗氧化行为而闻名。这些富含羟基的成分作为还原剂，能够将电子转移给Pt(IV)离子并引发Pt(0)的形成...
结论
在这项工作中，我们使用F. vulgare种子提取物建立了一种绿色合成铂纳米粒子（Pt NPs）的方法，并进一步用紫杉醇和壳聚糖对其进行功能化，得到了一种适用于乳腺癌和炎症性乳腺癌体外治疗的生物相容性、pH响应性的Pt-PTX-Ch纳米制剂。物理化学表征证实了这些纳米粒子由植物来源的植物化学物质包裹，并随后组装成了Pt-PTX-Ch纳米结构...
CRediT作者贡献声明
Hammouda Chebbi：监督、方法论。Maroua Manai：方法论、数据管理。Nesrine Boughzala：软件、形式分析。Mouhaned Y. Al-darwesh：写作——审阅与编辑、原始草稿撰写、形式分析、数据管理
利益冲突/竞争利益
作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。
数据可用性
支持本研究发现的数据可在论文中找到。此外，如果需要其他格式的原始数据文件，可以根据合理要求从相应作者处获取。
伦理批准
由于本研究不涉及任何伦理问题或争议，因此不需要伦理批准。
资助
本手稿的编写没有收到任何资助。
利益冲突声明
不存在需要披露的利益冲突。
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