分享一篇近期發(fā)表在Nano Today上的研究進(jìn)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(xué)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(zhǔn)，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(píng)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(fù)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(fù)雜的制造工藝。 多功能無(wú)載體納米藥物被認(rèn)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(lái)與臨床治療藥物共組裝，創(chuàng)造出多功能無(wú)載體納米藥物，以增強(qiáng)癌癥治療。適體通常被稱為“化學(xué)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(wú)載體納米藥物中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括（a）靶標(biāo)范圍廣；（b）免疫原性最小，毒性低；（c）易于合成、化學(xué)修飾，療效低；(d) 可控的批次間差異。 在本研究中，作者開(kāi)發(fā)了一種DNA核酸適體賦能的全活性納米藥物平臺(tái)（ICS-AFANDs）。將PDA批準(zhǔn)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(guò)簡(jiǎn)單的超分子自組裝作用，經(jīng)濟(jì)、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(duì)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(qiáng) PDT/CT 協(xié)同癌癥治療的示意圖 具體地，ICS AFANDs 是用一種簡(jiǎn)單而多用途的方法制成的，包括氫鍵和π-π共軛物驅(qū)動(dòng)的自組裝。在這種納米藥物中，Ce6 起著光動(dòng)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(tuán)又是親水分散劑。動(dòng)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(gè)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(shí)這三種適配體都能與Ce6和IR形成 AFANDs。圖1. 無(wú)載體多功能DNA納米藥物的制備和表征 為了研究 ICS AFANDs 的潛在形成機(jī)制，作者通過(guò)計(jì)算機(jī)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(guò)氫鍵、π-π堆疊和庫(kù)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(zhǔn)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(qiáng)。此外，使用二氫羅丹明 123（DHR 123）和SOSG 藥劑評(píng)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(dǎo)的化療和光動(dòng)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(xì)胞中的靶向細(xì)胞攝取和細(xì)胞熒光成像。結(jié)果表明ICS AFANDs 可通過(guò)表面配體和受體識(shí)別有效靶向 HCT 116 細(xì)胞。一旦被腫瘤細(xì)胞內(nèi)吞，ICS AFANDs 就會(huì)在溶酶體和線粒體中積累，從而進(jìn)一步增強(qiáng)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(xì)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(xì)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(dāng) HCT 116 細(xì)胞與 ICS AFANDs 一起培養(yǎng)時(shí)線粒體膜電位下降，預(yù)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(yùn)送到溶酶體和線粒體，從而導(dǎo)致細(xì)胞間 ROS 的大量生成。圖5. ICS AFANDs 靶向腫瘤細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)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(xì)胞系上測(cè)試其與光動(dòng)力療法 (PDT) 和化學(xué)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(dǎo)溶酶體和線粒體損傷，裂解和壞死，從而在體外有效地進(jìn)行CT/PDT聯(lián)合治療。 通過(guò)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(qiáng)的滲透性和滯留性(EPR)效應(yīng)(達(dá)到約50-60納米的均勻尺寸)和Sgc8適配體的主動(dòng)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(hào)。圖7. ICS AFANDs的體內(nèi)靶向成像和生物分布 接下來(lái)，作者應(yīng)用結(jié)直腸腫瘤異種移植模型來(lái)評(píng)估ICS AFANDs在增強(qiáng)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(guò)尾靜脈注射，該類藥用于光動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)說(shuō)，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(zhǔn)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(shí)不僅可以賦予 ICS AFANDs 溶解和靶向能力，而且在設(shè)計(jì)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(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生豐富的活性氧和單線態(tài)氧，導(dǎo)致溶酶體和線粒體的破壞，最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)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(zhǎng)，且沒(méi)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(jìn)了 DNA 納米藥物向臨床應(yīng)用的實(shí)際轉(zhuǎn)化。DOI: 10.1016/j.nantod.2024.102399.Link: https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102399
