新型氧化石墨烯纳米粒子运载Stat3特异性shRNA生物靶向治疗实体肿瘤研究

Graphene oxide (GO) possesses a good biocompatibility due to its rich hydrophilic groups. In addition, the production of GO can be achieved in a convenient, inexpensive and scalable way. Thus, GO is a promising candidate for efficient nonviral vector. In previous studies, we have applied a DNA vector-based Stat3-specific RNAi approach to block Stat3 signaling, and this procedure by inhibition of Stat3 and its related genes suppressed cancer growth induction of apoptosis. In order to seek a better RNA interference (RNAi) gene delivery, we are going to synthesize GO-PEI-PEG by covalent binding of folic acid (FA) molecules, thus allowing it to speci?cally target breast cancer cells and liver cancer cells with FA receptors. We explore the feasibility of GO as a nanovehicle for Stat3-specific RNAi gene delivery. We then utilize the strong optical absorbance of GO in the near-infrared (NIR) region for in vivo photothermal therapy, achieving ultraef?cient tumor ablation after intravenous administration of GO and low-power NIR laser irradiation on the tumor. Furthermore, in this work, we show much better therapeutic ef?cacy using targeted delivery in cancer treatment.

氧化石墨烯制备方便，成本低廉，富含亲水基团，具有良好的生物相容性，是作为非病毒基因载体的良好材料。在前期工作中，我们研究了通过阻断肿瘤细胞中的Stat3通路，成功诱导肿瘤细胞的凋亡，抑制肿瘤细胞的生长。为突破RNA干涉的运载瓶颈，本研究拟在前期工作基础上，合成叶酸（FA）修饰的氧化石墨烯-聚乙烯亚胺-聚乙二醇（GO-PEI-PEG）纳米粒子，与乳腺癌细胞和肝癌细胞表面的叶酸受体特异性结合，探讨FA-GO-PEI-PEG作为Stat3-特异siRNA质粒运载体的可能性，结合氧化石墨烯吸收近红外线，产生热量杀伤肿瘤的特性，分别在体外和体内观察Stat3-siRNA靶向载体系统对肝癌和乳腺癌的靶向，从而达到抑制肝癌和乳腺癌生长的协同综合靶向治疗作用。

信号转导子和转录活化子 3 基因（Stat3）目前被定义为癌基因。近来，通过抑制肿瘤中Stat3的表达从而达到抑瘤效果成为研究热点。实验室在前期工作中，成功构建Stat3特异的siRNA的质粒，抑制肝癌和前列腺肿瘤中Stat3的表达，但不能完全阻断Stat3的表达。为了实现将Stat3特异性siRNA质粒（si-Stat3）运载到肿瘤细胞内发挥相应的抑癌作用，需要安全高效的基因运载体。近年来，氧化石墨烯备受关注，因为其拥有独特的电学、力学和热学等理化性质。氧化石墨烯经过表面修饰以后可以运载基因并提高基因的转染效率。聚乙烯亚胺（ PEI）是一种阳离子基因传递的载体，与基因有很强的结合能力并能保护基因免遭核酸酶降解，同时还具有逃逸内涵体的能力。聚乙二醇（PEG）可以提高GO-PEI的溶解性与稳定性，同时可以延长整个复合物在体内的循环时间。叶酸分子（FA），实现整个复合物的靶向运载，运载Stat3特异性siRNA质粒到达肿瘤处，以便发挥基因抑制肿瘤生长的作用，降低副作用。由于复合物中的PEI含量不同，整个载体对基因的结合能力、运载能力有显著影响。根据GO与PEI的比重不同，PEI含量越高载体的结合能力越强，但PEI本身具有一定毒性，所以并非含量越高越好，故本实验探讨并采用了GO与PEI的最佳比例，作为Stat3特异性siRNA的基因运载体。本研究在前期工作的基础上，合成新型叶酸修饰的氧化石墨烯—聚乙烯亚胺—聚乙二醇—叶酸（GO-PEI-PEG-FA）纳米粒子作为Stat3特异性siRNA质粒运载体，结合氧化石墨烯在光热疗处理后自身的抗肿瘤特性，分别在体内外观察Stat3特异性siRNA质粒靶向载体系统对小鼠黑色素瘤和肝癌的靶向作用及治疗效果，结果显示成功合成GO与不同重量PEI之比的GO-PEI-PEG-FA复合物。体外实验结果证明，携带质粒si-Stat3靶向转染肝癌和黑色素瘤细胞，GO-FA-si-Stat3组增殖抑制率明显较高； GO-FA-si-Stat3组细胞凋亡率明显高于其它组。体内实验表明，靶向治疗组的小鼠生存期明显延长，肿瘤体积和重量明显小于其它组。新型的氧化石墨烯纳米粒子是安全并且有效的靶向基因运载工具，携带Stat3特异性shRNA质粒靶向进入肿瘤细胞内发挥抑制肿瘤生长的作用。利用氧化石墨烯能够吸收红外线，联合红外线照射这一辅助手段能够进一步加强疗效。