共载自杀基因和前体药物的多功能磁性纳米粒子联合磁热治疗肝癌的研究

Suicide gene/prodrug therapy system is one of the most effective and promising strategy for cancer biotherapy. However, the main drawbacks of suicide gene system, such as the use of high dose produrg drug, low transfection efficiency and poor tumor targeting, limit its clinical application. Therefore，the development of multifunctional nanoparticle is critical to solve these shortcomings of suicide gene system and confer upon characteristics of the good biocompatibility, tumor-targeting, synergistic release of suicide gene and prodrug as well as the combination of intracellular magnetic heat and gene therapy. Based on the precious work, this project prepared multifunctional nanoparticle system with co-delivery of TK gene and prodrug by magnetic-mesoporous Janus nanoparticles for targeted diagnosis and treatment of hepatocellular carcinoma. Through the molecular modification and self-assembly method, the prodrug drugs (GCV) and suicide genes were packaged in a new type of magnetic Janus-mesoporous silica nanoparticles, then nucleic acid aptamer conjugated PLL-g-PEG copolymer system was coated on the carrier surface to gain the tumor targeting and biocompatibility, the magnetic heat was applied to kill tumor cells combination with suicide gene therapy. The use of magnetic resonance imaging to detect the efficacy of the cancer therapy. Moreover, the endocytosis, release and response mechanism of the multifunctional nanoparticle system, the tumor-targeting and the therapeutic effect as well as bio-safety evaluation were investigated in vitro and in vivo. The project develops the new strategy for the combined therapy of liver cancer.

自杀基因/前体药物系统疗法是一种效果显著、极具潜力的癌症生物治疗新技术，但由于前体药物用量大、自杀基因转染效率低、肿瘤靶向识别性差等缺点限制其临床应用，因此，开发具有生物相容性好、靶向性强、自杀基因和前体药物在细胞内可协同释放、多种治疗方法可联合治疗的多功能纳米粒子是实现肝癌高效低毒的综合治疗的关键。本项目拟在Janus型磁-介孔二氧化硅纳米粒子的基础上，开发一种新型具有高靶向性、共载自杀基因和前体药物、细胞内协同控释、磁热和自杀基因/前体药物联合治疗的多功能纳米粒子；通过偶联核酸适配子的共聚物体系，实现其对肝癌细胞的靶向输送；利用肿瘤微环境响应机制功能化介孔二氧化硅，实现自杀基因和前体药物在细胞内可控释药；通过自杀基因/前体药物治疗与磁热治疗的协同作用，系统性评估其体内外抗肝癌的有效性和安全性，并阐明纳米粒子的细胞内吞、序贯释放和响应机理，为临床肝癌的综合治疗提供理论和实验依据。

肝癌的发病机制复杂，传统治疗效果不佳且副作用大。而基因治疗具有针对性强，副作用小的优势。因此，基因治疗有希望成为临床上继放疗，化疗之后的又一肝癌治疗手段。在众多基因疗法中，自杀基因/前体药物系统疗法由于其独特的“旁观者效应”最具有临床转化潜能。自杀基因/前体药物系统疗法是通过将自杀基因和前体药物导入肿瘤细胞中，并利用自杀基因编码相关的酶，进而将无毒性的前体药物转化成有毒性的药物，从而杀死肿瘤细胞的癌症治疗策略。然而，自杀基因/前体药物系统疗法的实际应用中，存在着前体药物用量大、自杀基因转染效率低、肿瘤靶向识别性差等缺点，因此开发一种具有生物相容性好、靶向性强、自杀基因和前体药物在细胞内可协同释放、多种治疗方法可联合治疗的多功能纳米载体十分关键。本项目成功制备出具有两种不同形貌的磁介孔二氧化硅纳米粒子（M -MSNs），一种为球状的磁介孔二氧化硅纳米粒子（S-M-MSNs），一种为棒状的磁介孔二氧化硅纳米粒子（R-M-MSNs）。随后在M-MSNs介孔内部修饰pH敏感基团，并担载前药GCV。然后在纳米粒子表面修饰PEG-g-PLL多聚物以提高M-MSNs稳定性，并在其表面偶联编码腺苷激酶的质粒，作为自杀基因。科研人员对两种不同形貌的M-MSNs进行了表征，发现两种M-MSNs都表现出了均一的形貌、极好的稳定性、优秀的超顺磁性、极强药物装载能力和高的基因转染效率。此外，在交变磁场的作用下，两种M-MSNs都展现了高效的磁热转换效应。在细胞水平和动物水平上，基于M-MSNs的自杀基因治疗具有了一定的抗肝癌效果。当与磁靶向作用与磁热治疗联用时，基因治疗的疗效获得了明显的提高。此外，科研人员通过检测小鼠的体重，肝脾肾重量指数以及血清生化学指标和观察组织脏器的结构，发现这种磁介导的自杀基因治疗具有极好的生物安全性。此外，我们还揭示了M-MSNs在核磁成像T2加权增强上的功能，证明了其在肝癌诊断治疗一体化的应用潜质。更重要的是，通过系统地比较R-M-MSNs和S-M-MSNs，可以发现R-M-MSNs具有载药能力更强，药物释放更快，基因转染效率更高，磁热转换效率更好的优势，因此在肝癌的治疗上，具有更好的肿瘤抑制作用。综上所述，本项目研究提出了一种非对称磁性介孔硅介导的基于核磁成像引导，磁靶向增强，磁热治疗协同的自杀基因/前体药物肝癌联合治疗新策略