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华侨大学陈爱政教授课题组:在基于黑磷量子点的纳米载体用于协同增强光热治疗-化疗研究方面取得新进展
2020-02-19  来源:高分子科技

  黑磷量子点(Black phosphorous quantum dots, BPQDs)具有极高的光热转换效率,可作为光热剂用于光热治疗(Photothermal therapy, PTT)研究。然而,BPQDs在体内易被降解和清除,且单一的PTT易导致肿瘤细胞上调热休克蛋白(Heat shock protein, HSP)的表达从而增强耐热性,减弱PTT的治疗效果。基于此,华侨大学生物材料与组织工程研究所陈爱政教授团队首先采用液相剥离联合超声破碎制备了BPQDs,然后采用超临界流体大发排列3制备了包覆BPQDs和藤黄酸(Gambogic acid, GA)的可降解聚合物纳米颗粒。该方法可一步得到干燥分散的纳米颗粒,最大程度地防止BPQDs被氧化降解。纳米颗粒所负载的GA是一种天然的HSP抑制剂和抗肿瘤药物,能够显著下调HSP90的表达,阻止HSP90对受损肿瘤细胞进行修复,从而增强PTT的效果。另一方面,近红外光(Near-infrared, NIR)照射下产生的高热可促进GA从聚合物载体中加速释放,发挥化疗的功能,进一步杀灭肿瘤细胞(图1)。

图1 聚合物纳米载体的制备过程及其用于肿瘤协同增强光热治疗-化疗研究示意图

  首先利用液相剥离联合超声破碎制备了尺寸约2.8 nm的BPQDs。在制备过程中加入抗氧化剂植酸,其含6个带负电的磷酸根以及12个羟基(图1A),可与BP产生相互作用,破坏BP层间分子间相互作用力,提高剥离效率,同时防止BP在水溶液环境中被氧化。接着,对BPQDs的理化性质、光热转换效率和光热稳定性等进行了考察,如图2所示。

图2 BPQDs的表征

  接着,采用超临界流体抗溶剂法制备了负载BPQDs和GA的聚合物纳米颗粒(BGP),并对其进行了表征(图3)。研究结果表明,BGP具有与BPQDs相近的光热转换效率,但BGP在水溶液中的光热稳定性得到大幅提高,有利于在体内发挥PTT的效果。载药量、包封率及体外释放实验等结果表明,GA被成功地负载于BGP中,并可在NIR照射下加速释放。

图3 纳米载体BGP的表征

  为了验证BGP的协同增强抑瘤效果,选用MCF-7和T47D细胞并对它们的细胞摄取行为进行了研究。在此基础上,对MCF-7和T47D细胞进行不同处理,然后采用CCK-8法和流式细胞术进行分析量化。结果表明,相较于单纯的化疗或者PTT,BGP在NIR照射下能更有效地抑制肿瘤细胞的活力,具有明显的协同增强作用。后续的Calcein-AM/PI实验进一步验证了上述结论(图4)。

图4 纳米载体BGP的体外实验

  随后,采用Western blot和免疫荧光染色对BGP的协同抑瘤机制进行了研究。结果表明,在NIR照射下BGP能抑制HSP90的高表达,增强PTT效果,同时阻止Akt和ERK1/2蛋白的磷酸化,诱导细胞凋亡。最后,建立了负载T47D皮下瘤的裸鼠肿瘤模型,以评估光声成像介导的协同增强效果。光声成像显示,尾静脉注射12 h后在肿瘤部位聚集的BGP纳米颗粒的信号达到最强,显示出较好的肿瘤被动靶向能力。肿瘤生长曲线、结束实验周期后的肿瘤解剖照片以及肿瘤质量结果均显示联合治疗组可显著抑制肿瘤生长(图5)。体重变化曲线和主要器官HE切片结果则显示纳米载体BGP具有良好的生物安全性。

图5 纳米载体BGP的体内实验

  综上所述,研究工作采用超临界抗溶剂法构建了负载BPQDs和GA的聚合物纳米颗粒,在NIR照射下该纳米颗粒可用于光声成像介导的肿瘤协同增强PTT-化疗;在聚合物纳米粒的保护下,BPQDs稳定性大幅提高,能通过被动靶向聚集在肿瘤部位并发挥PTT作用,而GA在下调HSP90表达从而增强PTT的同时可发挥化疗的作用进一步杀灭肿瘤细胞。纳米载体BGP的体外和体内实验均显示出良好的肿瘤抑制效果,表明这种联合治疗策略在未来具有临床应用的可能。

  以上相关成果以“Gambogic Acid Augments Black Phosphorus Quantum Dots (BPQDs)-Based Synergistic Chemo-Photothermal Therapy through Downregulating Heat Shock Protein Expression”为题近期发表于Chemical Engineering Journal。华侨大学化学工程与大发排列3专业2019届博士毕业生陈标奇为该论文的第一作者,导师陈爱政教授为通讯作者。厦门大学刘刚教授团队、哈佛医学院Yu Shrike Zhang教授及福建医科大学杨达云博士团队参与了本论文研究工作。华侨大学部分的研究工作得到国家自然科学基金(U1605225, 81971734和31800794)及福建省生物材料科技创新团队项目的资助。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124312 

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