《Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine》：Development and evaluation of choline tagged mesoporous silica nanoparticles for targeted delivery and imaging in prostate cancer
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本研究设计了一种基于胆碱和DTPA修饰的二氧化硅纳米颗粒（MSNCHDT@DTX）作为多功能诊疗剂，包载多西他赛用于前列腺癌治疗。纳米颗粒通过生理条件下的稳定性及对PC-3细胞的特异性靶向（细胞摄取率提升88%）显著提高疗效（IC50=20μg/mL），优于游离药物和非靶向纳米颗粒，降低系统毒性。
Nikhil Kumar|Pritha Bose|Subodh Kumar|Shivani Daksh|Yogesh Kumar Verma|Jai Deo Singh|Anupama Datta
印度德里S.K. Mazumdar Marg，DRDO核医学与相关科学研究所，邮编110054
摘要
本研究介绍了一种名为MSNCHDT@DTX的纳米材料，它是由介孔二氧化硅纳米粒子（MSN）经过胆碱和二乙烯三胺五乙酸（DTPA）修饰而成的多功能治疗诊断剂，兼具靶向、成像和治疗功能。多西他赛（DTX）在前列腺癌治疗中的应用受到其水溶性低和系统性毒性的限制。利用PC-3细胞对胆碱的高摄取特性，MSN纳米粒子被共价修饰上胆碱和DTPA，随后将多西他赛封装在介孔结构中。结构分析证实了合成过程的成功，全面的物理化学表征验证了胆碱和DTPA在纳米粒子表面的附着情况以及药物的有效封装。该系统在生理条件下表现出稳定性，并对PC-3前列腺癌细胞具有高度选择性，细胞摄取率提高了约88%。其细胞毒性优于未经修饰的纳米粒子及游离药物，48小时时的IC50值为20 μg/mL。通过选择性靶向癌细胞同时保护健康组织，MSNCHDT@DTX为前列腺癌的治疗诊断提供了新的解决方案。
引言
基于胆碱的放射性示踪剂因能利用与肿瘤发生和进展相关的胆碱代谢特性而在前列腺癌成像中显示出良好效果。1., 2> 胆碱通过转运蛋白而非受体进入细胞，进入细胞后由胆碱激酶催化磷酸化，启动磷脂酰胆碱的合成过程。前列腺癌细胞由于生长和增殖加快，胆碱的吸收和代谢显著增加，使其成为诊断和治疗的理想靶点。基于胆碱的成像剂已得到临床应用验证，其方法和安全性得到了充分研究，可进一步开发用于治疗诊断的纳米粒子。胆碱的多功能性使其易于与其他分子结合，形成兼具诊断和治疗功能的多功能纳米剂。此外，早期前列腺癌细胞对胆碱的高摄取为早期检测和干预提供了可能，从而改善患者预后。3., 4>
多西他赛是一种化疗药物，通过抑制微管解聚来杀死恶性细胞（尤其是前列腺癌细胞）。5., 6> 但由于缺乏靶向性，其在全身循环中使用时会产生严重副作用。7> 一种改进药物递送并降低毒性的方法是利用pH敏感的释放系统：肿瘤微环境通常比周围健康组织略呈酸性，可以利用这一特性控制药物释放。纳米粒子在酸性环境中可改变结构，仅在此条件下释放药物，从而减少全身毒性。8., 9> 将多西他赛封装在纳米载体中可提高治疗效果并降低对健康细胞的毒性。10> 因此，纳米粒子成为有效的药物递送工具，具有易于功能化、药物释放可控以及通过增强渗透性和滞留效应（EPR）提高肿瘤摄取率等优点。其微小尺寸有助于更有效地穿透生物屏障，表面修饰可实现对特定组织或细胞的靶向。11> 为通过单光子发射计算机断层扫描（SPECT）成像追踪纳米粒子，99mTc常被选为放射性示踪剂，因其半衰期较长（t1/2 = 6.02 h），既能保证高质量成像又可减少患者辐射暴露。此外，99mTc易于获取且成本较低。放射性药物通常将99mTc螯合物附着在MSN纳米粒子上。12., 13., 14>
纳米粒子还能同时递送多种物质（包括药物和成像剂），非常适合癌症治疗中的治疗诊断应用。这类应用需要具有较大表面积、灵活孔径和良好生物相容性的材料，MSN纳米粒子恰好满足这些要求。MSN纳米粒子具有明确的介孔结构，可装载大量药物分子，表面可进一步修饰成像剂或靶向配体。其直径范围为20至200纳米，孔隙体积大，表面化学性质可针对特定应用进行精确调整。由于孔隙结构开放且相互连接，该系统可实现持续药物释放和治疗效果。此外，它们比有机纳米载体具有更高的化学稳定性，抗微生物降解能力强。15., 16>
多种分子（如氨基酸、蛋白质、肽和前列腺特异性抗原PSMA）已被用于前列腺癌的靶向治疗。10., 17> 但这些方法也有缺点：例如PSMA不仅在前列腺癌细胞中存在，也在其他组织中存在，可能导致非靶细胞反应和患者间治疗效果差异；其表达水平可能随时间或癌症类型变化而降低，影响治疗效果。此外，PSMA靶向药物可能干扰其他生理功能，引起肾功能损伤等副作用。18., 19., 20>
本研究通过三步工艺对MSN纳米粒子进行改性：首先将胆碱衍生物连接到介孔二氧化硅骨架上以实现靶向；接着将DTPA连接到氨基修饰的表面以实现99mTc的螯合；最后将多西他赛封装在孔隙中以实现治疗效果，这体现了介孔二氧化硅在癌症治疗诊断中的多功能应用。通过在外表面修饰靶向配体和螯合剂，提高了递送效率并降低了全身吸收带来的副作用。
材料与表征
所有用于制备介孔二氧化硅纳米粒子和胆碱配体的化学试剂均购自Sigma-Aldrich，无需额外纯化。核磁共振（NMR）谱图使用Bruker Spectrospin DPX 400光谱仪（Bruker Corporation，美国马萨诸塞州Billerica）获取；质谱数据使用Q Exactive Orbitrap质谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国马萨诸塞州Waltham）获得。
结果
本研究开发了一种包含胆碱和99mTc-DTPA修饰的介孔二氧化硅纳米粒子的系统，该纳米粒子能够同时实现诊断和治疗功能。MSN纳米粒子具有三个独立功能区：一是利用99mTc-DTPA进行可追踪成像；二是通过多西他赛实现药物治疗；三是通过胆碱实现靶向递送。
讨论
本研究制备了经过99mTc-DTPA修饰的MSNCHDT@DTX纳米粒子，该纳米粒子集成了诊断和治疗所需的关键功能。MSN纳米粒子具有多个独立区域：一个用于99mTC-DTPA成像，一个用于多西他赛的治疗递送，还有一个通过胆碱实现靶向递送。
作者贡献声明
Nikhil Kumar：撰写初稿、数据可视化、软件开发、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。Pritha Bose：数据可视化、结果验证、数据分析。Subodh Kumar：数据可视化、方法设计、实验实施、数据管理。Shivani Daksh：数据可视化、数据分析。Yogesh Kumar Verma：结果验证、数据分析。Jai Deo Singh：撰写修订稿、结果验证、实验监督、资源协调、数据分析。Anupama Datta：写作过程中使用的人工智能辅助
作者在写作过程中使用了Grammarly和Quillbot工具来提升语言表达、语法准确性和可读性。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢INMAS和IIT Delhi提供的基础设施支持。感谢B. G. Roy博士提供的实验动物，感谢INMAS的Romana Sehar在SPECT成像研究中的协助，以及Namita Kalra在流式细胞术测量方面的支持。本文经INMAS主任批准发表。补充信息
包括胆碱衍生物的合成方法与表征数据、细胞存活率、纳米粒子细胞摄取情况、红细胞悬浮液图像、有机成分计算结果、药代动力学参数及纳米粒子追踪视频等。
