适配体修饰可触发释药的聚合物纳米靶向给药系统的构建及其机制研究

The main objectives of the proposal are to design and study a novel polymeric nanoparticle drug delivery system decorated by aptamer with triggered release property for targeting cancer cells. A pH responsive copolymer of PLH-b-PLGA-b-TPGS and the carboxyl terminated TPGS 2K were synthesised and blended to prepare doxorubicin-loaded nanoparticles. The carboxyl terminus of TPGS 2 K was used to facilitate targeting molecules (MUC1 aptamer S2.2) decoration under mild conditions. MUC1 mucin is a large transmembrane glycoprotein that highly expresses in most malignant adenocarcinomas, making it an ideal target molecule for chemotherapeutics. Endosome (or lysosome) pH responsive nanoparticles were designed for targeting cancer cells via aptamer S2.2 mediated endocytosis approach. The nanoparticles would respond to the acidic pH in the endosome (or lysosome), resulting burst release of the incoporated doxorubicin; TPGS and TPGS 2K can reverse multidrug resistance in cancer cells and enhance the cellular uptake of drug-loaded polymeric nanoparticles for killing cancer cells efficiently under the synergistic effect of pH triggered drug release property. The study of the project will help to improve the design of multi-functional polymeric nanoparticles for tumour-targeted drug delivery.

本项目设计一种适配体修饰可触发释药的聚合物纳米靶向给药系统。首先合成新型pH敏感共聚物聚组氨酸-b-聚乳酸羟基乙酸-b-聚乙二醇1000维生素 E 琥珀酸酯（PLH-b-PLGA-b-TPGS）和端羧基化的聚乙二醇 2000 维生素 E琥珀酸酯（TPGS 2K），两种材料共混制备载阿霉素纳米粒，TPGS 2K中羧基化的PEG链将暴露在纳米粒表面，在温和条件下偶联针对MUC1粘蛋白的靶向分子aptamer S2.2。MUC1粘蛋白在多种恶性肿瘤细胞表面高度表达，是一个具有应用潜能的广谱肿瘤靶点。该纳米给药系统通过aptamer介导实现肿瘤细胞主动靶向，在肿瘤细胞内响应弱酸性内涵体或溶酶体环境触发释放药物；TPGS及TPGS 2K具有促进纳米粒被肿瘤细胞摄取及逆转肿瘤多药耐药功能，可协同pH触发释药性能高效杀伤耐药肿瘤细胞。该项目研究对于完善抗肿瘤药物纳米靶向给药系统的设计具有很好的科学意义。

本课题构建了几种可触发释药的多功能聚合物纳米给药系统，用于细胞内抗肿瘤药物的递送及逆转肿瘤多药耐药性。考察了载体材料的理化性质及其载药纳米制剂的体内外抗癌效果，并对其可能的作用机制进行了初步探讨。合成了功能性聚合物 PLH-PLGA-TPGS。对其进行结构表征，通过酸碱滴定曲线确定其pKa值约为 6.33。空白聚合物纳米粒在酸性条件下粒径增大，载药纳米粒在pH 5.0条件下可触发释放 DOX。PLH-PLGA-TPGS本身具有一定的抗肿瘤活性，且可非竞争性抑制 P-gp ATPase 活性。载药纳米粒可提高DOX 在MCF-7/ADR细胞中的摄取，提高肿瘤杀伤效率。载药纳米粒被 MCF-7/ADR细胞摄取后可转运至溶酶体，在酸性环境下触发释放DOX而发挥抗癌作用。为了使纳米制剂在体内具有更好的长循环性及靶向性，又构建了功能性聚合物 MPEG-PLH-VES，同时合成了TPGS结构类似物TPGS 3400-Biotin及TPGS 2K。对合成聚合物进行结构表征，并考察 MPEG-PLH-VES聚合物的 pH敏感性，该载药胶束可在酸性环境（pH 5.0）下触发释放DOX。MPEG-PLH-VES及MPEG-PLH-VES/B空白载体对 MCF-7/ADR细胞的P-gp表达无影响，但可非竞争性抑制P-gp ATPase活性，还可抑制线粒体功能，耗竭胞内ATP来实现逆转肿瘤MDR。MCF-7/ADR细胞对MPEG-PLH-VES/B胶束的摄取可通过Biotin分子介导内吞，促进肿瘤细胞摄取，高效发挥细胞毒效力。CLSM 观察结果表明，DOX/MPEG-PLH-VES与 DOX/MPEG-PLH-VES/B被MCF-7/ADR细胞摄取具有时间依赖性，且在孵育4 h有溶酶体逃逸现象。以荷瘤裸鼠为模型，针对以 MPEG-PLH-VES 及TPGS 3400-Biotin聚合物构建的载药胶束进行体内组织分布和药效学评价。活体荧光成像实验结果表明， DOX/MPEG-PLH-VES/B制剂在裸鼠体内具有长循环功能，且肿瘤靶向性强于DOX/MPEG-PLH-VES 制剂。药效学实验结果表明，DOX/MPEG-PLH-VES/B 胶束抑制肿瘤生长效果最佳。与DOX溶液相比，载DOX功能性纳米制剂组在治疗过程中小鼠体重无明显变化，且可显著降低DOX所致的系统毒性。