聚乙烯亚胺作为还原敏感型介孔二氧化硅纳米粒Gatekeeper用于miRNA-145和阿霉素共递送

Co-delivery of gene and drug using nanocarriers for tumor targeted combination therapy is emerging as effective anticancer strategy. Recently, several pioneering efforts have been made to co-delivery gene and drug using the well biocompatible mesoporous silica nanoparticles (MSN). However, there are still some bottlenecks in the previous reports as for the unsatisfactory intracellular release kinetics of the gene and drug (doxorubicin, DOX). In this proposal, branched PEI is firstly bound on the MSN surface via the reduction-sensitive disulfide linkage and act as an effective gatekeeper for targeted miRNA-145 and DOX co-delivery (miRNA-145-DOX-TMSN). This new design not only conserves the classical proton sponge effect of PEI for gene delivery, but also overcomes the drawbacks of non-targeted premature release or intracellular uncomplete release of DOX, which occurred in some of the previous methods. Our innovative investigation can provide new theoretical ideas and guidance in the development of gene and drug co-delivery nano-devices and their clinical translation.

核酸和化疗药物纳米载体共递送用于肿瘤的靶向联合治疗是当前纳米药物研究的热点领域。近年来，具有良好生物相容性的介孔二氧化硅纳米粒（MSN）作为核酸和化疗药物共递送系统的研究开始有一些报道。然而，已有的一些方法在核酸和化疗药物（阿霉素，DOX）肿瘤细胞内协同有效释放等方面尚存在较大不足。本项目在前期工作基础上，首次将枝状聚乙烯亚胺（PEI）通过还原敏感型二硫键“捆绑”修饰在MSN表面，作为有效的“守门（gatekeeper）”分子，构建共装载miRNA-145和DOX的靶向介孔二氧化硅纳米粒（miRNA-145-DOX-TMSN）。这一设计既保留和发挥了PEI经典的质子海绵作用用以核酸药物递送，又克服了已有文献方法中DOX非靶向提前释放（premature release）以及肿瘤细胞内释放不完全等问题，成功实现了基于MSN的基因和化疗药物共递送，相关研究国内外未见报道，具有较高创新价值。

肿瘤的发生发展是一个涉及多因子、多步骤的复杂的生物学过程，具有高度复杂的调控网络和多种逃避凋亡的机制。因此，除可手术切除的适应症外，采用单一方法治疗肿瘤的疗效常常不佳，而采用多种治疗手段联用或多种药物联合治疗（combination therapy）是当前临床抗肿瘤治疗的常规模式。FDA 近年来更是积极倡导开发新型的药物联合治疗肿瘤的临床方案。.药物原型形式联合治疗虽可显著提高抗肿瘤疗效，但由于药物差异的体内药动学行为和药效学水平上的脱靶作用，联合应用通常疗效不佳且毒性显著。由于具有很好的肿瘤靶向特性，纳米药物递送系统用于抗肿瘤药物联合治疗优势明显。近年来，核酸药物和化疗药物纳米载体共递送用于肿瘤的靶向治疗逐渐发展成为纳米药物研究的热点领域。介孔二氧化硅纳米粒（MSN）由于具有独特的结构特征、易于多样性功能化修饰和很好的生物相容性，已广泛用于生物医学研究，其作为核酸（如micro RNA）和化疗药物（如阿霉素DOX）共递送系统的尝试近年来也开始有一些报道。课题组通过调研这些文献发现，DOX从MSN中释放需高度依赖溶酶体的酸性环境；然而，成功的核酸递送必须尽快突破溶酶体的约束实现胞浆递送，这一对矛盾导致DOX在纳米载体进入靶细胞后很长时间都无法实现肿瘤细胞内高效率释放而进入细胞核，严重影响了两类活性分子的协同治疗效果。为“和解”这两种需求，课题组发明了基于MSN的新型共递送策略，首次将阳离子聚合物（PEI）通过二硫键“编织”在MSN的表面，作为有效的MSN守门分子（gatekeeper），这一设计既保留和发挥了PEI 经典的质子海绵作用用以核酸药物（microRNA-145）递送，又克服了已有文献报道中DOX在肿瘤细胞外微环境中非靶向提前释放和肿瘤细胞内低效率释放等瓶颈问题。课题组进一步通过整合多肽介导的主动靶向策略，以原位结肠肿瘤小鼠为模型，成功实现了化疗（DOX）和抗血管生成（microRNA-145）协同联合治疗。