用于靶向EPR递送的MIL-100(Fe)-磁铁矿-壳聚糖纳米复合材料：合成、表征及密度泛函理论分析

《Scientific Reports》：MIL-100(Fe)-Magnetite-Chitosan nanocomposite for targeted EPR delivery: synthesis, characterization, and DFT insights

摘要

开发先进的化疗药物递送系统对于提升抗癌药物的治疗效果并降低其对非目标组织的毒性至关重要。在本研究中，通过改进的水热法，将磁铁矿纳米颗粒与壳聚糖整合到金属-有机框架MIL-100(Fe)中，从而构建出一种新型多功能纳米复合材料CS/M/MIL。该平台被用于包裹抗癌药物表柔比星，实现了高达89.4%的药物包封效率。通过XRD和SEM等物理化学方法分析，确认了复合材料的成功形成及其结构完整性，且经过改性的CS/M/MIL的粒子尺寸相比原始MOF增加了约400纳米。纹理分析显示，经过功能化处理后，材料从高微孔结构（BET表面积：1804.68平方米/克）转变为分层的大孔结构（50.95平方米/克）。体外释放动力学研究表明，该材料具有pH响应特性，在模拟酸性内体/溶酶体环境的pH 5.0条件下，药物释放速度显著加快。针对MCF-7乳腺癌细胞的生物实验表明，负载表柔比星的纳米复合材料显著提升了治疗效果，其IC₅₀值仅为7.57微克/毫升。此外，流式细胞术分析还显示，该系统能够引发显著的细胞凋亡（31.66%），并导致细胞周期停留在G2/M阶段。这项工作的意义在于它将磁性响应性、生物相容性聚合物涂层以及高孔隙率的MOF结构协同整合到一个平台上。此外，密度泛函理论计算还为这一现象提供了独特的机制解释，指出Fe³⁺配位和氢键作用是表柔比星与纳米载体之间形成强亲和力的主要原因。这些研究结果表明，CS/M/MIL是一种优异的靶向载体，可用于输送蒽环类药物，有望在减少全身性副作用的同时提升临床治疗效果。