克服肿瘤渗透限制的多阶段纳米载体系统的研究

Elevated levels of interstitial fluid pressure and the dense interstitial matrix-a complex assembly of collagen and glycosaminoglycans- which hinder the delivery of the drug throughout the entire tumor make almost the nanosystem delivery drug only in the boundary of the tumor tissue. After summarizing the latest progress in home and abroad and our foregoing work, multistage nanoparticles are constructed: ultrasmall doxorubicin gold nanoparticles (3-6nm) which is modified with cell penetrating peptides are loaded in mesoporous silica nanocarriers (100-150nm), its surface is coated by the lipid bilayer. Matrix metalloproteases sensitive PEGylated phospholipid and stearic acid peptides are mixed in the lipid bilayer, concurrent the long-circulating and enzyme-activated functions. Based on the synthesis and characteristic evaluation of the carrier materials, multistage nanoparticles are optimally prepared. Through plenty of in vitro and in vivo experiments, its multistage functions will be showed: long-circulating multistage nanoparticles are accumulated in the perivascular regions by EPR effect (stage 1); gold nanoparticles are triggeredly released after the cleavage of the PEG chain and the destroy of the lipid bilayer by the enzyme activation (stage 2); gold nanoparticles which have optimal penetration characteristic sequentially diffuse throughtout the entire tissue, doxorubicin is delivered into the cell with the guidance of the cell penetrating peptides.

肿瘤内高的组织间质渗透压力和由胶原、粘多糖等组成的基质骨架严重阻碍了药物或粒子的深入渗透，使得目前大多构建的纳米载体只能将药物传递至肿瘤组织边界。基于国内外克服肿瘤深部渗透的最新研究进展和课题组前期的大量研究工作，我们构建如下载体系统:制备超小（3-6nm）金纳米粒（接有细胞膜穿透肽和细胞毒药物阿霉素），将其负载于介孔硅纳米载体（100-150nm）中，外壳包裹脂质双层，其中插入肿瘤组织基质金属酶敏感的PEG化磷脂分子和硬脂酸多肽，赋予载体系统长循环及酶敏感功能。在对载体进行合成、表征、优化、构建后，通过多方面体内外实验评价其多阶段功能：所构建载体系统在体内长循环，通过EPR效应蓄积于肿瘤组织周边（第一阶段）；通过酶敏感效应切断PEG链、破坏脂质双层，金纳米粒被释放出来（第二阶段）；经过渗透性能优化的金纳米粒不断向组织深部扩散，并在细胞膜穿透肽的引导下递送阿霉素入胞，发挥药效（第三阶段）。

纳米药物制剂发展至今，每年数以千计的文章与实际上市产品的稀少形成鲜明对比，主要的原因包括纳米粒向肿瘤组织深部渗透的能力差，以及纳米粒研发时对成药性缺少考虑。本课题主要研究思路即通过组合药物调控肿瘤微环境来克服肿瘤渗透限制，在项目实施过程中，我们通过设计抗癌前药，实现了前药纳米粒的自组装形成，并对前药连接键种类、连接基团种类、前药连接方式等进行调整，以期提高纳米药物肿瘤组织渗透效果，降低毒副作用，提高疗效，促进制剂的成药可能性。主要研究内容包括①多西紫杉醇前药自组装纳米粒的构建与评价；②连接键对多西紫杉醇前药脂质体药效的影响；③还原敏感卡巴他赛前药自组装纳米粒的研究及其在联合给药中的应用；④高载药量、增强的细胞毒性星形紫杉醇前药自组装纳米粒的研究；⑤二聚体形式紫杉醇前药自组装纳米粒及其在联合光热治疗中的应用研究。. 研究结果表明，这些小分子前药自组装纳米给药系统具有多种成药性优点，例如不需借助任何辅料即可完成自组装，具有极高的载药量；因为几乎无其它辅料添加，药效试验结果该类纳米制剂生物相容性好，安全性高；制备方法简单，制剂稳定性及制备重现性良好。截止2016年底，以通讯作者身份发表SCI文章9篇，申请专利2项，培养研究生5名。相关研究成果有力地推动了抗癌纳米药物制剂的临床转化。