基于两亲性寡聚多肽药物结合物自组装构建多功能纳米药物的研究

In this project, we design a multifunctional nanomedicine (MNM) with a supermolecular core-shell structure: (1) Adriamycin-peptide drug conjugates based nanoparticle core (APD-NP) that can escape from the lysosomes and target to mitochondria subsequently; (2) a functional biomacromolecular shell (FBM) that can protect the nanoparticle from clearance in circulation and detach from the nanoparticle upon liver targeting and lysosomal deposition. How the degree of drug conjugation affects the self-assembly of ADP, the correlation between FBM properties and MNM construction, the biodistribution and endocytosis pathway of the formed MNM will be investigated to reveal the transportation of the MNM at animal, tissue, cellular and subcellular levels. Key factors that determine the targeting efficiency and efficacy will be identified, which will guide the further evaluation of MNM on multidrug resistant liver cancer.

本项目在前期研究基础上，利用多肽合成原理设计制备一系列阿霉素-寡聚多肽药物结合物（APD），并以此为构筑单元自组装构建具有"溶酶体逃逸"和"线粒体靶向"的APD-NPs；设计合成兼具特异性肝靶向性、长循环性和pH敏感性的不同荷电量的功能性高分子材料（FBM），利用超分子组装理论构建多功能纳米药物（MNM）。探究APD的药物数目对自组装行为的影响、FBM的荷电量与MNM形成的关系、MNM的形成机制；在动物和细胞水平深入全面地研究APD-NPs以及MNM的体内分布行为和HepG2细胞的摄取机制，阐明该类载体的体内转运过程，揭示其在肝脏转运的分子细胞学机理；掌控MNM特异性肝靶向和线粒体定位的关键要素及研究方法，获得其靶向作用机制及对肝癌耐药的干预作用等信息；并将阿霉素特异性的靶向具有耐药性肝肿瘤细胞的线粒体，评价其治疗效果，探讨其可能起效的机制，为克服肿瘤的耐药性提供有益的借鉴。

针对目前纳米药物存在的载药量低、生物相容性差等问题，本项目提出将药物与多肽偶联制备多肽药物结合物（APD）的新策略，并通过调控多肽中氨基酸的种类和数目，实现提高载药量和调控其自组装构建新型递释系统的目的。进一步合成功能性材料对其修饰，从而赋予其精密靶向等多种功能。在基金委的资助下，达到既定目标，取得以下主要成果：. 首先，本课题组设计并成功合成具有载药量高达32%的APD分子Dox-KGFRWR，具有良好的自组装、“溶酶体逃逸”和“线粒体靶向”功能等。对其自组装机制研究表明，其首先在分子间氢键、疏水作用力的驱动下，自发聚集形成疏水区域在内、亲水性区域在外的类球型纳米粒子；而后，该纳米粒子在п-п作用下，堆积形成纳米纤维；随着纤维浓度的提高，最终形成稳定的纳米凝胶体系。揭示疏水作用和π-π堆积作用是决定其自组装过程和最终形貌的关键作用力，强疏水性是形成类球形纳米结构的关键，而强π-π堆积作用是形成纳米纤维的关键，氢键和静电作用是维持纳米结构稳定性的主要作用力。这一创新性的研究结果为调控APD自组装构建纳米药物，推动其发展奠定了良好的研究基础。.为进一步调控APD构建纳米结构的形貌，赋予其多功能性，本研究成功合成具有肝肿瘤靶向功能（GalNAc）、隐形功能（PEG长链）、酸敏感功能（2，3-二甲基马来酸酐）的高分子材料调控APD的纳米结构，构建多功能纳米药物。并对其进行了系统的表征和功能性验证，发现其具有良好的电荷翻转能力和质子缓冲能力等。.在体外表征基础上，课题组进一步研究其入胞机制及胞内转运行为，结果发现，MNM主要通过网格蛋白介导的内吞路径入胞，在溶酶体中FBM电荷反转、脱落，暴露出带正电荷的APD，逃逸溶酶体，靶向至线粒体。整体动物研究表明： MNM经尾静脉给药后能够显著增强在肝组织中的富集，并降低其在心脏（7倍）和肾脏（248倍）的分布。大鼠药物动力学结果显示MNM组比原料药组平均驻留时间提高了近2倍.本课题通过将药物与多肽偶联制备APD，并进一步构建MNM，探讨其构建机制及体内转运机制，具有较强的创新性和跨学科性，对开发高效、低毒的新型递释系统具有深远的理论和现实意义。