基于“导航式”氧化石墨烯纳米层构建的多功能光热联合化疗系统研究

To overcome the limitations of cancer single-agent therapy and decrease the side effects of traditional combination therapy, we have successfully developed anticancer drug-loaded single-walled carbon nanotubes system. Upon this promising drug delivery system for high treatment efficacy with minimal side effect, in this work, the covalent functionalization of graphene oxide (GO) with hyaluronic acid (HA) is successfully accomplished via a facile amidation process. The HA-grafted GO (HA-GO) can self-assemble into nanosheet and load a water-insoluble anticancer drug, Docetaxel (DTX), by dialysis method via π-π stacking and hydrophobic interactions. Owing to the capacity of near-infrared (NIR)-absorbing of GO, the ability to specifically bind to various cancer cells over-expressing CD44 as well as the synergetic antitumor activity of HA, and the cytotoxicity of DTX, this nanosheet can facilitate combined targeting chemotherapy and photothermal therapy in one system. In this study, the CD44 receptor-mediated endocytosis and photothermal effect under a NIR laser were investigated by cell experiment in vitro. Furthermore, in order to evaluate the dynamic behaviors and targeting ability of the DTX-loaded HA-GO nanosheet, the biodistribution, drug release profile and antitumor activity were also studied in vivo test. Considering that the combined use of photothermal therapy and chemotherapy, a widely adopted clinical practice, often displays much better therapeutic efficacy and lower adverse effects than a single therapy, this controlled loading and targeted delivery using the graphene oxide-based nanosheet may find wide-spread application in biomedicine.

针对肿瘤单一化疗临床效果欠佳、传统联合治疗毒副作用较大的瓶颈，我们已成功开发单壁碳纳米管-抗癌药物转运系统，并证实其热疗联合化疗功效。在此基础上，本项目通过酰胺化反应，将光热特性、生物相容性更优的氧化石墨烯(GO)，与能特异性靶向肿瘤细胞表面CD44受体、并兼具辅助抗癌能力的多糖- - 透明质酸（HA）相连接，再采用透析法物理负载多烯紫杉醇（DTX），构建一种同时实现靶向输送及光热联合化疗的多功能纳米层。预期静脉注射该纳米层，可借助HA的靶向性导航至肿瘤部位，并发挥多种机制协同抑制肿瘤生长：DTX的细胞毒作用、GO的光热治疗作用及HA的辅助抗肿瘤作用。项目拟通过体外实验，观察其在近红外光照射下对肿瘤细胞的杀伤作用，以及与高表达CD44受体的肿瘤细胞结合能力；通过体内实验，以荷瘤小鼠为模型，观察其组织分布情况及释药特性，同时研究其在体抗肿瘤效果，评价本光热联合化疗系统的肿瘤靶向性和综合治疗效果。

实现恶性肿瘤的安全有效治疗，是目前生物医药界面临的重大挑战之一。将光热治疗与化疗协同作用，可以增强肿瘤对化疗的敏感性，防止复发和扩散，提高癌症病人术后长期生存率。然而，传统化疗、光热治疗均存在靶向性差的问题，常造成对正常组织的非特异性损害，使患者对治疗的耐受性降低而影响了治疗效率。因此，肿瘤靶向治疗仍是开发高效、低毒“光热联合化疗系统”的重点。. 为了实现靶向性的光热联合化疗，一方面需要具有良好的靶向基团（如抗体、配体、底物等），另一方面还要有优良近红外光吸收特性、强大药物负载能力，以及良好生物相容性的光热化疗载体。本研究以具有光热特性的氧化石墨烯(GO)作为骨架材料，以能够特异性靶向肿瘤细胞表面CD44受体的多糖——透明质酸(HA)对其进行修饰，再物理负载米托蒽醌(MIT)，设计构建一种 “导航式”纳米粒子，其能同时实现分子靶向递药以及光热化疗联合的多重应用。. 本项目对所构建的肿瘤靶向纳米载体系统HA-GO的体外细胞摄取实验进行考察。通过荧光显微镜和激光共聚焦显微镜定性观察MCF-7细胞对GO和HA-GO体外吞噬作用，结果表明细胞对两者的吞噬呈现明显的时间依赖性，HA介导的受体胞吞作用显著增加了GO的内化含量，同时由激光共聚焦结果得到了进一步验证。通过细胞凋亡实验对MIT/HA-GO靶向纳米制剂系统的作用机理进行考察。实验结果显示，所构建的靶向载体系统在808nm激光照射下可以进行光热转换，从而诱导细胞凋亡，在细胞靶部位，HA与受体的特异性结合所介导细胞摄入行为进一步提高了细胞凋亡率。所构建的靶向纳米制剂系统在药物MIT和靶向载体的共同作用下加强了细胞凋亡，并且激光照射加大晚期凋亡率，同样，HA修饰的载体所构建的靶向制剂系统呈现出明显的优势。通过定期测量荷瘤小鼠的肿瘤体积绘制肿瘤生长曲线，考察靶向给药系统的抑制肿瘤效果；通过对小鼠心、肝、脾、肺、肾、脑组织的 HE 染色分析，考察靶向给药系统对小鼠的主要脏器在剂量范围内的毒性。结果表明，靶向给药系统对荷瘤小鼠的肿瘤抑制效果显著，使肿瘤组织产生凋亡，在给药剂量下没有产生明显的组织毒性。. 综上所述，该系统更易在肿瘤部位蓄积，并发挥光热治疗联合化疗的协同作用，为肿瘤靶向、综合治疗奠定了基础。