肿瘤微环境下可激活的金纳米载体药物控释系统的构建及其应用研究

Due to its specific optical and biocompatible properties, gold nanoparticles show great potential in drug delivery and bioimaging applications. When gold nanoparticle delivery vectors get into living organism, how to make them efficiently release drug and avoid reticuloendothelial system（RES）accumulation is a key scientific problem of their drug delivery application. This project aims to build tumor microenvironment activatable fluorescent gold nanoparticle drug delivery system: by using glutathione coated renal clearable gold nanoparticles as drug delivery vector, introducing endosomal escape molecules such as GALA and fluorescent dyes to modify gold nanoparticles, to build endosomal and RES escape and fluorescence activatable gold nanoparticle drug delivery system. The drug releasing, tumor imaging and tumor therapy effect of the gold nanoparticle drug delivery system will be studied on cancer cell and mice tumor model. By taking advantage of the endosomal escape molecule GALA and the high concentration glutathione in cytoplasm, the drugs and dye molecules can be released from the gold nanoparticles and the drug releasing can be investigated by fluorescence in real time. This project will broaden the application of renal clearance gold nanoparticles as drug delivery vectors, and will provide new design concept and experimental evidences to build activatable fluorescent drug delivery system.

由于金纳米颗粒优异的光学性能和生物相容性，它们在药物运输、生物成像等方面展现出巨大的应用潜力。金纳米载体进入生物体后，如何使药物有效地释放，避免金纳米载体在网状内皮系统的滞留是金纳米载药系统亟待解决的关键科学问题。本项目拟构筑肿瘤微环境下可激活的荧光金纳米载药系统：以可从肾脏清除的金纳米颗粒为载体，引入溶酶体可逃逸型分子GALA和荧光染料分子Cy5.5，获得具有溶酶体和RES逃逸功能的荧光可激活金纳米载药系统；通过细胞实验和动物肿瘤模型检测金纳米载体的药物释放、肿瘤成像和肿瘤靶向治疗的效果。构建的金纳米载药系统充分利用了细胞质内高浓度谷胱甘肽和GALA可破坏溶酶体膜的特点，实现了药物和荧光分子从金纳米载体上的释放和荧光实时检测药物释放的目标。该项目的研究将拓宽肾清除金纳米颗粒在药物载体领域的应用，为设计具有高效药物释放的可激活荧光纳米载药系统提供新的思路。

本项目主要研究了肾清除型金纳米药物载体对小鼠乳腺肿瘤生长的影响。一方面，这种肾清除型AuNPs可以用作一种药物载体，通过溶酶体逃逸和酸敏感释放将抗癌药物更多、更好地递送至肿瘤部位，有效抑制小鼠乳腺肿瘤的生长。另一方面，从安全性角度，探究了这种肾清除型AuNPs对小鼠乳腺肿瘤生长的促进作用，并系统研究了注射剂量对其生长的影响。主要内容如下：.1、开发并表征了一种具有溶酶体逃逸功能和高效肾清除率的pH敏感型金纳米载体药物控释系统DOX-PDPH-AuNPs。用对pH敏感的腙键PDPH修饰阿霉素（DOX），再与肾清除型的2 nm谷胱甘肽（GSH）修饰的AuNPs（GS-AuNPs）相结合，在溶酶体的弱酸性条件下PDPH会产生断裂，使DOX从GS-AuNPs上释放，到达肿瘤区域发挥药效。体外释放实验表明，在生理pH条件下Au-DOX-PDPH较稳定，在酸性条件下DOX会以pH和时间依赖性的方式释放。荧光成像实验成功观察到了DOX的溶酶体逃逸行为。Au-DOX-PDPH对小鼠乳腺癌4T1细胞具有一定的毒性，并在小鼠乳腺肿瘤模型上显示出良好的抗肿瘤效果。.2、研究了2 nm左右的肾清除型GS-AuNPs和聚乙二醇（PEG）修饰的AuNPs（PEG-AuNPs）对小鼠乳腺肿瘤生长的影响。尾静脉注射GSH，PEG和GS-AuNPs均能明显促进小鼠乳腺肿瘤加速生长。然而，注射PEG-AuNPs对小鼠乳腺肿瘤的生长几乎没有促进作用。当GS-AuNPs的注射剂量为2.25-45 mg/kg时，其剂量越高，促进小鼠乳腺肿瘤生长的效果越显著。当GS-AuNPs的注射剂量为45-900 mg/kg时，尾静脉注射GS-AuNPs能促进小鼠乳腺肿瘤加速生长，但也使小鼠的心、肝脏等主要器官产生了损伤，从而促进效果不及低剂量组。HE染色和Ki-67染色结果表明，低剂量GS-AuNPs组和高剂量PEG-AuNPs组小鼠的肿瘤组织均出现了假腺样结构，提示肿瘤细胞生长活跃，已进入了G0期、分化或者死亡的非增殖阶段。这些结果表明，尾静脉注射肾清除型AuNPs能以剂量依赖性的方式促进小鼠乳腺肿瘤加速生长。