海藻酸钠纳米凝胶封装胆钙化醇（维生素D3）：针对LOX IMVI和A431皮肤癌细胞的局部治疗方法

《ACS Omega》：Sodium Alginate Nanogels Encapsulating Cholecalciferol (Vitamin D3): A Topical Therapeutic Approach Targeting LOX IMVI and A431 Skin Cancer Cells

　　

该研究探索了封装胆钙化醇（维生素D3）的海藻酸钠纳米凝胶作为一种新型局部治疗皮肤癌的方法，靶向LOX IMVI（黑色素瘤）和A431（表皮样癌）细胞系。研究人员采用磁力搅拌和超声法制备纳米凝胶，获得了均匀的分散体并增强了稳定性。理化表征显示，粒径为67.6 ± 13.43 nm，多分散指数（PDI）为0.30 ± 0.02，ζ电位为?25.00 ± 2.00 mV，证实了良好的胶体稳定性和对局部给药的适用性。体外药物释放研究显示出一级动力学模型预测的持续释放曲线（R² = 0.9871），在34 h内释放了89.73 ± 2.1%的胆钙化醇。细胞毒性实验显示出显著的抗癌活性，对LOX IMVI和A431细胞系的IC₅₀值分别为29.51 ± 1.56和24.95 ± 1.32 μM，同时对正常HSF细胞表现出较低的细胞毒性（IC₅₀ = 83.88 ± 4.43 μM）。细胞周期分析表明G1/S期阻滞，Annexin V-FITC/PI染色确认了凋亡诱导且坏死极低。分子对接研究验证了作用机制，揭示了胆钙化醇与维生素D受体（VDR）的强结合，通过SER278和SER275的氢键、TRP286的π-阳离子相互作用以及疏水作用，对接得分为?11.7 kcal/mol。这些发现表明封装胆钙化醇的海藻酸钠纳米凝胶是一种有前景、生物相容性好的局部治疗皮肤癌的方法，为未来的临床研究铺平了道路。

### 论文解读：海藻酸钠纳米凝胶封装胆钙化醇（维生素D3）——靶向LOX IMVI和A431皮肤癌细胞的局部治疗策略

#### 研究背景与问题

皮肤癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，主要包括基底细胞癌、鳞状细胞癌和黑色素瘤，其中黑色素瘤因高转移潜能而致死率最高。尽管现有治疗手段（如手术切除、化疗、放疗和免疫治疗）取得了一定进展，但仍受限于系统毒性、药物靶向性差及疗效不佳等问题。因此，亟需开发能最小化系统副作用、增强靶向递送并改善患者预后的创新治疗策略。局部治疗因能直接将药物递送至病灶部位，在皮肤癌治疗中备受关注。海藻酸钠（Na-alginate）作为一种从褐藻中提取的天然多糖，具有生物相容性好、可通过离子交联形成水凝胶等优点，是纳米凝胶制剂的理想候选材料。胆钙化醇（维生素D3）除钙稳态调节功能外，已被证明具有抗癌潜力，尤其能抑制黑色素瘤细胞增殖，但其临床应用受限于溶解度差、不稳定和易降解。本研究旨在整合海藻酸钠纳米凝胶与胆钙化醇，开发一种稳定的局部给药系统，克服现有治疗局限，并系统评估其理化特性、抗癌活性及作用机制。该论文发表在《ACS Omega》。

#### 关键技术与方法

研究人员采用磁力搅拌与超声相结合的方法制备了封装胆钙化醇的海藻酸钠纳米凝胶。理化表征采用Malvern Zetasizer（动态光散射DLS和电泳光散射ELS）测定粒径、多分散指数（PDI）和ζ电位。表面形态通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线能谱（EDS）评估。封装效率（EE%）及载药量（LC%）通过紫外-可见分光光度法测定。体外药物释放使用Franz扩散池系统。释放动力学拟合至零级、一级、Higuchi和Korsmeyer–Peppas模型。细胞毒性采用MTT法，以阿霉素为阳性对照，针对LOX IMVI（黑色素瘤）和A431（表皮样癌）癌细胞系及正常HSF成纤维细胞（均购自美国模式培养物保藏所ATCC）。细胞周期分析使用CycleTEST^TM PLUS DNA试剂盒和流式细胞术。凋亡检测采用Annexin V-FITC/PI双染法。分子对接使用AutoDock Vina和PyMOL，以人维生素D受体（VDR）晶体结构（PDB ID: 1DB1）为受体模型。

#### 研究结果

**3.1 纳米凝胶表征：ζ电位、粒径和多分散指数（PDI）**
通过Malvern Zetasizer表征，纳米凝胶的ζ电位为?25.00 ± 2.00 mV，PDI为0.30 ± 0.02，粒径为67.67 ± 13.43 nm，封装效率（EE%）为83.6 ± 2.1%，载药量（LC%）为34.3 ± 0.2%，表明制剂具有良好的胶体稳定性和均一性，且药物有效嵌入。

**3.2 扫描电子显微镜（SEM）与能量色散X射线能谱（EDS）**
SEM显示纳米凝胶呈不规则、折叠和褶皱的表面形态，无结晶胆钙化醇沉积，确认药物成功包载于海藻酸钠基质中。EDS元素分析显示主要含碳（50.75%）、氧（10.63%）、钠（1.47%）和钙（0.65%），证实纳米凝胶的有机骨架组成。

**3.3 体外药物释放**
体外释放曲线显示持续释放模式，34 h内累积释放89.73 ± 2.1%。初始6 h内爆发释放34.7 ± 1.9%，随后缓慢释放，28 h后进入平台期。该特征表明药物扩散受控于海藻酸钠基质。

**3.4 释放动力学分析**
释放数据拟合结果表明，一级动力学模型拟合最佳（R² = 0.9871），说明释放呈浓度依赖性。Korsmeyer–Peppas模型也拟合良好（R² = 0.9795），释放指数n = 0.63，表明非菲克（异常）转运机制，即扩散与聚合物松弛共同主导释放。

**3.5 封装胆钙化醇的海藻酸钠纳米凝胶对LOX IMVI、A431及正常细胞系HSF的体外细胞毒性活性（IC₅₀ μM）**
MTT实验显示，纳米凝胶对LOX IMVI和A431的IC₅₀分别为29.51 ± 1.56 μM和24.95 ± 1.32 μM，而对正常HSF细胞的IC₅₀为83.88 ± 4.43 μM，表明对癌细胞具有显著选择性毒性，空白纳米凝胶维持>90%存活率，载体无细胞毒性。相比之下，阿霉素对正常细胞的IC₅₀仅为16.62 ± 0.88 μM，凸显纳米凝胶的安全性优势。

**3.6 封装胆钙化醇的海藻酸钠纳米凝胶的细胞周期分析**
流式细胞术分析显示，处理LOX IMVI细胞后，G0-G1期细胞比例由对照的64.55%增至71.92%，S期由24.37%增至27.05%，G2/M期由11.08%降至1.03%，提示G1/S期阻滞。处理A431细胞后，G0-G1期由53.76%增至69.59%，S期和G2/M期分别由28.44%和17.8%降至21.32%和9.09%，表明G1期阻滞。结果表明胆钙化醇通过调控VDR信号干扰细胞周期进程。

**3.7 使用Annexin V-FITC评估细胞凋亡**
Annexin V-FITC/PI双染及流式分析显示，处理LOX IMVI细胞后，总凋亡细胞从对照的3.04%增至19.49%，坏死细胞从1.99%增至2.92%；处理A431细胞后，总凋亡细胞从2.61%增至22.61%，坏死细胞从2.08%增至3.25%。结果表明纳米凝胶主要通过诱导凋亡（而非坏死）发挥抗癌作用，以早期凋亡为主。

**3.8 胆钙化醇在人维生素D受体（VDR）活性位点的对接分析**
分子对接显示胆钙化醇与VDR的配体结合域形成稳定复合物：与SER278和SER275形成氢键，与TRP286形成π-阳离子相互作用，以及广泛的疏水相互作用。对接得分为?11.7 kcal/mol，均方根偏差（RMSD）为1.13 ?，表明结合亲和力强且对接姿势可靠。

#### 总结与结论

讨论部分指出，纳米凝胶的理化参数（粒径、PDI、ζ电位）与已报道的海藻酸钠纳米凝胶一致，PEG 400提供空间稳定弥补低ζ电位。体外释放的一级动力学和异常转运机制表明药物释放受浓度梯度和基质松弛共同调节。细胞毒性选择性归因于胆钙化醇通过VDR信号调控癌细胞增殖与凋亡，而正常细胞因受体表达或信号通路差异耐受性更高。细胞周期G1/S阻滞与VDR介导的细胞周期蛋白抑制一致。凋亡诱导以早期凋亡为主，符合局部治疗需求。分子对接验证了胆钙化醇与VDR的直接相互作用，为纳米凝胶的设计提供分子基础。

论文结论翻译：本研究成功开发了封装胆钙化醇的海藻酸钠纳米凝胶，其理化性质优越，包括纳米级粒径、可接受的多分散性和足够的胶体稳定性。该制剂显示出高封装效率和持续药物释放曲线，表明胆钙化醇有效嵌入海藻酸钠基质中且释放受控于扩散机制。动力学模型进一步提示释放过程主要呈浓度依赖性，扩散在药物释放中起关键作用。本工作的创新在于将生物相容的海藻酸钠纳米凝胶系统与胆钙化醇结合，用于潜在皮肤癌局部治疗，并全面评估了其理化特性、释放动力学与抗癌相关性。体外细胞毒性结果支持该纳米凝胶对表皮样癌细胞的应用潜力，凸显其作为局部、可控药物递送平台的前景。然而，仍需进一步研究以充分确立其治疗潜力。未来研究应聚焦于体内评价、详细稳定性研究、皮肤渗透评估以及机制生物学研究，以验证其有效性和安全性，促进临床转化。