分享一篇近期發(fā)表在Nano Today上的研究進展，題為DNA aptamer-empowered self-assembly full-API nanodrug for enhanced photodynamic and chemotherapy synergistic cancer therapy。這篇文章的通訊作者是上海交通大學譚蔚泓院士和姬丁坤教授。
納米技術(shù)的快速發(fā)展已使許多用于臨床疾病治療的納米藥物獲得上市批準，包括抗癌制劑 Doxil?和COVID-19 mRNA疫苗 Comirnaty?。此外，目前有50多種納米藥物處于II期或III期臨床前評估階段。盡管取得了這些成就，但仍存在重大挑戰(zhàn)，阻礙了納米藥物的更廣泛臨床應(yīng)用。這些挑戰(zhàn)包括活性藥物成分（API）負載量低、生物降解性差、納米載體的潛在毒性、賦形劑的免疫原性以及復雜的制造工藝。 多功能無載體納米藥物被認為是下一代臨床癌癥治療的有希望的工具。各種生物功能分子如肽、蛋白質(zhì)、核酸被用來與臨床治療藥物共組裝，創(chuàng)造出多功能無載體納米藥物，以增強癌癥治療。適體通常被稱為“化學抗體”，是核酸（DNA或RNA）的短片段，具有與靶配體的特定結(jié)合能力，在親和力和特異性方面類似于抗體。核酸適體在無載體納米藥物中具有獨特的優(yōu)勢，包括（a）靶標范圍廣；（b）免疫原性最小，毒性低；（c）易于合成、化學修飾，療效低；(d) 可控的批次間差異。 在本研究中，作者開發(fā)了一種DNA核酸適體賦能的全活性納米藥物平臺（ICS-AFANDs）。將PDA批準的光敏藥物CE6，臨床一線化療藥物伊立替康 (irinotecan)和腫瘤靶向DNA核酸適體，通過簡單的超分子自組裝作用，經(jīng)濟、高效、可控的制備多功能的全活性DNA分子靶向藥物，顯著提高對結(jié)直腸癌的靶向治療效果。圖解1 適體賦能自組裝全 API 納米藥物用于增強 PDT/CT 協(xié)同癌癥治療的示意圖 具體地，ICS AFANDs 是用一種簡單而多用途的方法制成的，包括氫鍵和π-π共軛物驅(qū)動的自組裝。在這種納米藥物中，Ce6 起著光動力藥物的作用，伊立替康起著化療藥物的作用，而 DNA aptamer Sgc8 既是靶向基團又是親水分散劑。動態(tài)光散射（DLS）結(jié)果表明，在這些條件下合成的 IC NPs 既保持了尺寸均勻性，又保持了膠體穩(wěn)定性。此外，為了證明這個制備方法具有通用性，作者用另外三種常用的適配體（即AS1411、PDL1 和 XQ-2d）取代Sgc8，證實這三種適配體都能與Ce6和IR形成 AFANDs。 為了研究 ICS AFANDs 的潛在形成機制，作者通過計算機分子模擬技術(shù)，模擬了多功能DNA納米藥物的形成原理，發(fā)現(xiàn)三種藥物成分可以通過氫鍵、π-π堆疊和庫倫相互作用，快速形成穩(wěn)定的納米藥物。 作者接著研究了 ICS AFANDs 的光物理特性。ICS AFANDs 的近紅外熒光發(fā)射光譜在 600 nm到 800 nm之間，主要由 Ce6 發(fā)出。ICS AFANDs 在 675 nm 處的最大發(fā)射峰與二甲基亞砜（DMSO）中游離 Ce6 的發(fā)射峰非常相似，這有利于近紅外熒光成像。雖然 Ce6 是一種經(jīng) FDA 批準的光敏劑，但它的水溶性很差，其熒光特性很容易因聚集而被淬滅，而 Aptamer 則為 ICS 提供了優(yōu)異的親水性和膠體穩(wěn)定性，從而使其熒光特性比 IC 和 Ce6 更強。此外，使用二氫羅丹明 123（DHR 123）和SOSG 藥劑評在 660 納米激光照射下產(chǎn)生的ROS/SO ，結(jié)果表明，在 660 納米激光照射下，ICS AFANDs 能積極產(chǎn)生 ROS/SO。ICS AFANDs 在水溶液中結(jié)合了優(yōu)異的水溶性和近紅外熒光發(fā)射，在近紅外成像引導的化療和光動力療法中具有廣闊的應(yīng)用前景。 受上述結(jié)果的鼓舞，作者繼續(xù)研究 ICS AFANDs 在 HCT 116 人結(jié)腸癌細胞中的靶向細胞攝取和細胞熒光成像。結(jié)果表明ICS AFANDs 可通過表面配體和受體識別有效靶向 HCT 116 細胞。一旦被腫瘤細胞內(nèi)吞，ICS AFANDs 就會在溶酶體和線粒體中積累，從而進一步增強癌癥治療效果。圖4. ICS AFANDs 的體外靶向結(jié)合能力和吸收能力 隨后作者將 HCT 116 細胞與不同濃度的 ICS AFANDs 培養(yǎng)，并用 ROS 和 SO 探針共同染色，表明在腫瘤細胞內(nèi)化療藥物Ir的刺激下以及近紅外激光照射明顯增加了 ICS AFANDs 產(chǎn)生的 ROS和SO。此外，ICS AFANDs 可在線粒體中積聚，當 HCT 116 細胞與 ICS AFANDs 一起培養(yǎng)時線粒體膜電位下降，預示著線粒體的有效損傷。上述所有數(shù)據(jù)表明，ICS AFANDs 能將 Ce6 和 Ir 運送到溶酶體和線粒體，從而導致細胞間 ROS 的大量生成。圖5. ICS AFANDs 靶向腫瘤細胞導致細胞間 ROS 的大量生成 受ICS AFANDs出色的ROS/SO生成能力的鼓舞，作者在HCT 116細胞系上測試其與光動力療法 (PDT) 和化學療法 (CT)聯(lián)合治療。結(jié)果表明ICS在近紅外激光照射下可誘導溶酶體和線粒體損傷，裂解和壞死，從而在體外有效地進行CT/PDT聯(lián)合治療。 通過皮下注射建立HCT116荷瘤小鼠模型，研究了ICS AFANDs的腫瘤靶向顯像和生物分布。得益于納米顆粒增強的滲透性和滯留性(EPR)效應(yīng)(達到約50-60納米的均勻尺寸)和Sgc8適配體的主動靶向能力，ICS AFANDs在腫瘤部位有效積累，并在體內(nèi)表現(xiàn)出良好的近紅外熒光信號。圖7. ICS AFANDs的體內(nèi)靶向成像和生物分布 接下來，作者應(yīng)用結(jié)直腸腫瘤異種移植模型來評估ICS AFANDs在增強CT/PDT協(xié)同癌癥治療中的體內(nèi)抗腫瘤效果。該類納米藥物ICS AFANDs展現(xiàn)出優(yōu)異的腫瘤靶向性能，通過尾靜脈注射，該類藥用于光動力治療和化療的聯(lián)合治療，僅需一次給藥，一次光照治療，就可實現(xiàn)對結(jié)直腸癌的完全抑制。圖8. ICS AFANDs體內(nèi)抗腫瘤作用 總的來說，作者提出了一種制備基于 DNA 適體的全 API 納米藥物 (ICS AFANDs) 的多功能方法。該方法涉及 FDA 批準的化療藥物、光敏藥物和 Sgc8 適體的 DNA 分子的自組裝。DNA 適體首次被證實不僅可以賦予 ICS AFANDs 溶解和靶向能力，而且在設(shè)計和穩(wěn)定自組裝納米藥物的形成中起著關(guān)鍵作用。這一方法不僅將伊立替康的化療效果顯著提高了 102 倍，而且還提高了 Ce6 的近紅外熒光特性和光活性。在近紅外照射下，細胞內(nèi)產(chǎn)生豐富的活性氧和單線態(tài)氧，導致溶酶體和線粒體的破壞，最終導致腫瘤細胞的有效死亡。ICS AFANDs 結(jié)合PDT 和CT，只需一次劑量和一次激光治療即可完全抑制結(jié)直腸癌生長，且沒有明顯的副作用。智能高效的全 API DNA 納米藥物不僅拓寬了協(xié)同腫瘤治療的范圍，還促進了 DNA 納米藥物向臨床應(yīng)用的實際轉(zhuǎn)化。DOI: 10.1016/j.nantod.2024.102399.Link: https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102399
