生物大分子修饰的可降解介孔有机二氧化硅纳米粒子载体在肝癌治疗中的应用

肝癌是造成人类死亡的主要杀手之一,当前的治疗方法主要有放疗、化疗以及手术切除,虽然这些方法一定程度上缓解病情,但均带来严重的毒副作用,仍存在较高的死亡率。肝癌细胞生长迅速,耐药性强,转移率高,治疗起来极其困难。因此,如何实现肝癌的精准治疗、同时减少治疗中对正常组织的伤害,成为肝癌治疗中的一大难题。近年来,纳米材料在生物医学中的应用受到人们的广泛关注,尤其是在药物传递和生物成像领域,纳米载体成了研究热点。纳米载体多为无机材料,装载药物后,可使药物特异性的针对某一病变器官或组织进行释放,减少了对正常组织的伤害。纳米载体的核心有三个:1.纳米载体的功能化;2.纳米载体装载药物后靶向器官传递;3.体内成像。可以说,纳米载体彻底改变了药物的传输方式,为临床诊断和治疗带来新的可能。在众多载体中,介孔二氧化硅纳米粒子（MSNs）因其良好的生物相容性、大的比表面积、可调控的介孔特性、无毒等优点,成为一种充满前景的药物载体。许多研究也表明MSNs作为一种杰出的药物载体,在癌症治疗中发挥了不可替代的作用。但是MSNs纯无机框架结构使其几乎无法生物降解,特别是需要基质降解控制药物释放情况下,极大地限制了它的应用。对此,研究者们提出有机桥联的介孔二氧化硅纳米粒子,即在分子水平上将功能有机硅分子嵌入到硅框架中,有效地解决了上述困难。其中,将包含二硫键（S-S）的有机硅分子嵌入到无机硅框架中,合成了包含二硫键的介孔有机二氧化硅纳米粒子（ss-MONs）,该种纳米粒子在还原剂的作用下,二硫键断裂,一方面可以使颗粒裂解成小碎片,易于排出体外,另一方面可以使装载于孔道中的药物更好的释放。众所周知,人体内存在一定量的谷胱甘肽（GSH）,且癌细胞中的含量远远高于正常细胞内的含量,S-S在GSH的作用下发生断裂,从而纳米粒子生物降解,因此研究者们更乐意用该种粒子装载药物,以寻求更高的药物释放效率和更低的毒性。虽然目前已经有文献探讨了 ss-MONs装载抗癌药物后在癌症治疗中的应用,但是没有报道详细论述硅粒子中加入S-S后,是否会对其形貌、性质等产生影响,或者说ss-MONs与MSNs相比,在形貌、生物毒性、药物释放、细胞内吞和治疗效果等方面到底有何优势,因此本工作对二者进行了一个详细的对比。我们研究表明,ss-MONs与MSNs有非常相似的形貌和尺寸,与此同时,ss-MONs与MSNs相同,有良好的生物相容性、内吞性以及高效的载药能力。更值得关注的是,ss-MONs装载阿霉素后,因粒子裂解使孔道中的药物完全释放,从而表现出更强的癌细胞杀伤效果。因此,我们相信ss-MONs在癌症治疗中将成为更安全、高效的药物载体。与此同时,我们也遇到了纳米粒子作为载体普遍存在的一个问题,即在体内容易引起免疫系统排斥,药物未释放完全即被机体快速清除,对此我们又提出了新的战略。众所周知,CD47蛋白是细胞膜上一种免疫球蛋白,这种生物大分子,在癌细胞膜上的含量远远高于正常细胞,正是因为它与免疫细胞表面SIRPα结合,才使癌细胞逃脱被吞噬的命运。我们设想将这种天然高分子物质修饰于粒子表面,从而实现免疫逃逸。在本研究中,我们用ss-MONs来装载抗癌药物黄连素（Ber）,然后获取肝癌细胞HepG2的细胞膜,将其包裹于载药的纳米粒子表面,成功制备了包裹细胞膜的介孔二氧化硅纳米粒子（CM-ss-MONs-Ber）。一方面,因CD47蛋白的免疫逃逸,成功避免了被机体快速清除,另一方面,利用癌细胞膜包裹的纳米粒子对同源肝癌肿瘤进行治疗,细胞膜上的黏附分子,如半乳糖凝集素,可以对同源肿瘤细胞靶向识别,从而使纳米粒子高效进入癌细胞,实现了同源靶向。我们发现,CM-ss-MONs表现出均一的形貌,良好的分散性,高效的药物装载能力和生物降解能力。更重要地是,由于包膜后同源靶向性和肿瘤微环境中药物的选择性释放,大部分的Ber进入癌细胞而不进入正常细胞。另外,体外和体内实验均表明了 CM-ss-MONs-Ber具有高效的治疗效果和安全性。总之,经过细胞膜的包裹,细胞膜上天然的生物大分子CD47蛋白以及粘附性分子,赋予了纳米粒子新的性质,为临床应用提供了新思路。本论文主要完成以下工作:1.分别合成MSNs和ss-MONs,进一步修饰后装载模板药物阿霉素,详细地对比了两种纳米粒子在形貌、尺寸、载药能力、释药能力、细胞毒性以及肿瘤治疗效果等方面的差异。我们研究表明,ss-MONs除具备MSNs的特性之外,有更高的药物释放率,因此在癌症治疗中发挥了更高效的作用;2.合成ss-MONs,装载抗癌药物黄连素,然后用肝癌细胞膜对其进行包裹,研究其包膜后在肝癌治疗中的优势。结果表明,包裹细胞膜后的纳米粒子具有同源靶向性和免疫逃逸能力,增加了在血液中的循环时间,增强了生物相容性,因此极大地提高了肝癌治疗效果。