《International Journal of Pharmaceutics》：Implantable 5-FU@ZIF-8 core–shell nanofiber fabricated via emulsion electrospinning: a pH-responsive strategy for localized chemotherapy
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•通过乳液电纺技术制备出了具有pH响应特性的核壳结构纳米纤维。•5-FU在该纳米纤维中可实现持续25天的释放，并具备pH响应特性。•5-FU@ZIF-8 NF能对CT-26细胞产生70%的细胞毒性，同时提升细胞内的ROS水平。•体内实验表明，该材料可抑制80%的肿瘤生长，且全身性
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通过乳液电纺技术制备出了具有pH响应特性的核壳结构纳米纤维。
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5-FU在该纳米纤维中可实现持续25天的释放，并具备pH响应特性。
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5-FU@ZIF-8 NF能对CT-26细胞产生70%的细胞毒性，同时提升细胞内的ROS水平。
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体内实验表明，该材料可抑制80%的肿瘤生长，且全身性毒性极低。
引言
结直肠癌因其高发病率和死亡率，一直是全球癌症负担的重要来源之一（Gogoi等人，2022年）。目前治疗结直肠癌的传统方法主要包括手术、化疗和放疗（Brar等人，2021年）。尽管这些方法提升了患者的生存率，但它们也存在诸多局限，如会对健康组织造成损伤、无法完全清除肿瘤以及引发严重的全身性副作用（Debela等人，2021年）。因此，人们迫切需要能够提升治疗效果同时降低全身性毒性的新型治疗策略。近年来，人们开始探索各种工程化载体，包括基于纳米粒子的递送系统（Elumalai等人，2024年）、受病毒启发的生物生成系统（Sun等人，2025年）以及微针介导的递送方式（Xiao等人，2025年），旨在实现药物的靶向递送、提高药物稳定性，并在肿瘤部位实现可控释放（Yang等人，2015年；Mehnath等人，2020年；Alsawaftah等人，2022年）。这些进展凸显了靶向递送系统在克服传统癌症疗法缺陷方面的重要作用。在各类纳米载体中，沸石咪唑框架-8因具有高孔隙率、大表面积、生物相容性以及pH响应型降解特性，而被视为极具潜力的候选材料（Mazloum-Ardakani等人，2023年）。由于ZIF-8对酸敏感，因此非常适合在酸性肿瘤微环境中实现肿瘤靶向递送。不过，其在实际医学应用中的效果仍受到药物过早释放以及全身给药时释放动力学控制不足的限制（Gao等人，2025年；Wang等人，2020年）。为解决这些问题，局部药物递送成为一种有效的策略。与全身给药不同，局部递送能使药物更长时间留在肿瘤部位，从而减少所需的治疗剂量。包括薄膜、晶片、水凝胶和纳米纤维支架在内的可植入系统，已展现出实现可控且定位精准的药物释放的潜力（Alves等人，2023年）。其中，电纺纳米纤维因其多孔结构、较大的表面积与体积比、可调节的纤维直径以及结构灵活性而备受关注（Kumar等人，2025年；Das等人，2024年）。在各类纳米纤维结构中，核壳结构纳米纤维因其更好的药物包封能力和可控释放性能而备受青睐，这类纳米纤维通常是通过同轴电纺或乳液电纺技术制备的（Taokaew和Chuenkaek，2024年）。先前的研究也表明，在纤维基质内部或纤维表面负载药物纳米粒子，可以有效减少药物的初始快速释放，进而提升抗癌效果（Yang等人，2015年；Hasanbegloo等人，2023年；Contreras-Cáceres等人，2019年）。
尽管人们对集成ZIF-8的电纺纳米纤维越来越感兴趣，但能够实现多级释放调控的可植入分层递送平台的研发仍相对不足。近期有一些研究探讨了ZIF-8集成纳米纤维在不同医学领域的应用。例如，有研究开发了含有Curcumin@ZIF-8的强韧PLLA纳米纤维纱线，这类纱线不仅机械强度更高，还能实现长达15天的持续药物释放（Liu等人，2026年）。另一项研究中，则通过乳液电纺技术制备了多层结构的PLA/CS纳米纤维膜，随后在膜表面固定ZIF-8纳米粒子，以此作为pH响应型保护层，实现双药协同递送（Zhang等人，2023年）。此外，ZIF-8修饰的纳米纤维还被用于诊断领域，比如用于检测癌症生物标志物的电化学生物传感器（Maleki等人，2024年）。在大多数已有研究中，ZIF-8纳米粒子要么物理混合在聚合物纤维基质中，要么固定在纤维表面。这样的结构使得纳米粒子部分暴露在周围生理环境中，容易导致药物过早扩散、药物载量保护不足，且难以控制释放动力学。而且，这些系统大多是为伤口愈合（Rahman等人，2025年；Cheng等人，2024年）、抗菌应用（Zhang等人，2025年；Hosseinidoust等人，2025年）、组织工程（Yang等人，2024年）或诊断目的（Maleki等人，2024年）而设计的，并非用于结直肠癌的局部植入化疗。与此不同，本研究提出了一种通过水包油乳液电纺技术制备的分层核壳纳米纤维平台，其中的5-氟尿嘧啶负载的ZIF-8纳米粒子被限制在Zein/PVP纳米纤维的内核区域。这一设计不同于以往的ZIF-8/纳米纤维系统，它采用了双重屏障释放机制：pH响应型的ZIF-8纳米粒子作为内部药物储库，而周围的核壳聚合物结构则提供了额外的扩散屏障。这种分层结构有望更好地控制药物释放，减少药物过早扩散，实现持续的药物递送。据我们所知，将pH响应型的5-FU负载ZIF-8纳米粒子整合到乳液电纺制成的Zein/PVP核壳纳米纤维内核中，用于结直肠癌的局部治疗的研究还非常少。因此，本研究提出了一种可植入的分层递送平台，旨在通过优化释放调控提升治疗效果，同时降低全身性毒性。
章节要点
材料
5-氟尿嘧啶（5-FU，分析纯度≥99%）由韩国的Utoral Co., Ltd.提供。Zein、聚乙烯吡咯烷酮（PVP，K25型）、2-甲基咪唑、3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物（MTT，纯度≥97%）以及2,7-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）均购自美国的Sigma-Aldrich公司。所有辅助溶剂均为分析级试剂，来自德国的Merck公司。
5-FU@ZIF-8纳米粒子的形态与粒径
通过扫描电子显微镜观察，确定了5-FU@ZIF-8纳米粒子的形态，并测得了其平均粒径。这些纳米粒子呈现出规则的立方体形状，这与ZIF-8典型的晶体结构一致（图1a）。这种独特的结构证明了ZIF-8已成功形成（Mazloum-Ardakani等人，2023年；Cravillon等人，2009年），而良好的结构完整性对于保持药物负载能力非常重要（
结论
总之，本研究成功开发出一种可植入的核壳纳米纤维系统，该系统含有5-FU@ZIF-8成分，可用于药物的局部递送。使用CT-26结直肠癌细胞进行的体外实验表明，这种纳米纤维支架具有显著的抗癌潜力。5-FU的pH响应型释放特征——即先出现快速释放，随后可实现长达600小时的持续释放——有助于迅速发挥治疗作用，并长期抑制肿瘤生长。这种可植入系统能够实现药物的局部
作者贡献说明
Jasmin Kharazmi-Khorassani：负责原始稿撰写、软件应用及实验研究。Ahmad Asoodeh：负责. Fatemeh Koohzad：负责.
资助情况
本研究得到了伊朗马什哈德的费尔多西大学的资助[项目编号：3/61528，1402/12/22]，以及伊朗德黑兰的伊朗国家科学基金会的支持（项目编号：4037305）。
伦理审批
本研究未涉及人类受试者。所有涉及动物实验的流程均严格遵循《实验动物护理和使用指南》第八版中的相关规范和标准。马什哈德费尔多西大学的机构动物伦理委员会已批准了该实验方案（文件编号：IR.UM.REC. 1402.265）。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关联或个人关系。
Jasmin Kharazmi-Khorassani|Ahmad Asoodeh|Fatemeh Koohzad
