功能性自组装多肽药物结合物的设计及调控其自组装构建长效纳米药物的研究

Metastasis of malignant tumor and the vascular irritation caused by repeated administration affect the treatment of the tumor and the patient's quality of life seriously. In this project, a strategy called “besieging and attacking” will be taken to develop a cancer combination therapy. The strategy based on functional self-assembly of peptide drug conjugates (FSPDC) is designed to kill tumor cells while inhibiting the invasion and metastasis of malignant neoplasms by chelating the function of Matrix metalloproteinases 2 and 9 to enhance the anti-tumor treatment effect. Based on the previous research on self-assembly of peptide drug conjugates (SPDC) mechanism, much work will be done to regulate the self-assembly behavior of FSPDC. The strategy will modify the assembly morphology of FSPDC: firstly, multifunctional nanoparticles will be built based on the self-assemble of FSPDC for intravenous administration, and then upon tumor targeting, the nanoparticles will re-assemble to form a fibrous structure in the tumor microenvironment responsibly. Ultimately, the fibrous will stay in the tumor tissue to play a long-term role, achieving the purpose of reducing the times of injections improving the life of patients. The anti-tumor effect of FSPDC, regularity of its operation and distribution in the tumor and the whole body and the long-term mechanism will be investigated to reveal the transportation and the molecular cytology mechanism of the FSPDC at animal, tissue, cellular and molecular levels. Key factors that determine the targeting efficiency and efficacy will be identified, which will provide a new direction for the treatment of malignant tumors.

恶性肿瘤的转移以及肿瘤治疗中多次给药造成的血管刺激性等问题严重影响肿瘤的治疗效果和病人的生存质量。本项目在前期对SPDC分子设计、制备的研究基础上，寻找赋予其同时具有自组装和抑制肿瘤转移的多功能策略，发挥对肿瘤“围而攻之”的治疗目的，增强治疗效果；此外，在对SPDC自组装机制的研究基础上，寻找调控其自组装行为的策略，掌控其自组装构建不同形貌纳米结构的关键要素，实现SFPDC体外自组装构建纳米粒用于静脉给药，进入肿瘤组织后，在肿瘤pH及酶等微环境中响应性地自组装形成纤维结构驻留于肿瘤组织实现长效的目的，减少给药次数，提高病人的生存质量；在此基础上，开展由FSPDC构筑纳米药物的体内研究，阐明其在局部和全身的运转规律、瘤内分布行为、长效机制、以及代谢转运机制，初步评价其抑制肿瘤转移和杀灭肿瘤细胞的效果，探讨其抗肿瘤机制，为纳米药物的构建提供全新的材料，为肿瘤的治疗提供有益的借鉴。

本课题设计合成了四种具有MMP抑制作用的多肽序列肽，综合其与Zn2+螯合能力，计算机对接模拟以及体外明胶酶抑制实验，将筛选所得最优肽（Pep）与阿霉素衍生物（DOX-SH）共价连接，合成两亲性多肽药物结合物。对PDC进行鉴定和表征，研究其组装过程，并在体外评价其功能。结果发现，在去离子水中，PDC会形成粒径为40.29±4.92 nm的球形结构，表面电荷为24.93±0.50 mV。而当溶剂变为PBS时，离子作用导致氢键作用力增强，使得其会组装成球型网状结构。以SMMC7721细胞为模型，发现由于电荷吸引，带正电的PDC更倾向于积聚在肿瘤细胞的表面，能够延长其在细胞膜表面的停留时间。细胞药效学实验表明，PDC具有良好的肿瘤细胞杀伤和MMP2选择性抑制作用。. 为了中和PDC纳米粒的强正电荷，使其更加安全，我们合成了修饰性聚赖氨酸（Modified polylysine, MPL），通过静电作用力包裹，在PDC纳米粒表面构建新型递释系统。研究发现，当PDC和MPL的摩尔比例为1:1.25时，在pH7.4时，MPL可以有效的包裹在PDC纳米粒表面，其电位从24.93±0.50 mV降为-3.12±0.04mV，粒径为140.30±45.04 nm ，满足静脉注射的要求。. 对NDS的体内转运行为研究发现，与阿霉素溶液组和PDC溶液组相比， NDS组的血液循环时间较长，分别提高3.58倍和4.92倍。同时，NDS对肿瘤组织具有较强的选择靶向性，靶向效率是DOX组的11.18倍，减少了NDS在心肾等组织的分布，降低其毒副作用。. 最后，以肺高转移性HCCLM3-luc细胞接种的BALB/c雄性裸鼠为模型，对NDS的体内抗肿瘤活性及肿瘤转移抑制效果进行了评价。研究发现，NDS具有较好的肿瘤生长抑制作用，同时，NDS组肺转移数量明显减少，抑制率可达和93.18%。小鼠未观测到其他明显毒性相关症状，表明NDS具有良好生物相容性。. 综上，本课题构建了一种能在杀伤肿瘤的同时选择性抑制MMP2，减少肿瘤转移的新型递释系统，为肝癌的治疗提供一种新思路。