北京化工大學ACS Nano: 原位形成的內核式的金納米棒的鱗狀結構粗糙表面的納米微囊使基因/化療/光熱互補治療

【引言】

介孔二氧化硅納米顆粒具有高比表面積、控制形態、良好的生物相容性和表面易功能化等優點，在生物醫學領域具有廣闊的應用前景。特別是，它們在藥物/基因傳遞系統的構建中得到了深入的探索。納米顆粒的形態可以影響細胞吸收過程和細胞內傳遞效率。利用病毒樣納米顆粒和小枝桿菌樣納米顆粒觀察到粗糙的表面增強納米顆粒的粘附性以促進細胞內化。與其它表面形貌的類似物相比，表面帶有刺狀表面的紅毛彤狀二氧化硅納米顆粒具有增強的與質粒DNA結合能力和更好的轉染性能。這些結果顯示了在生物醫學應用中有趣的粗糙納米顆粒的巨大潛力。因此，從實際應用的角度出發，設計出具有粗糙表面的多功能納米粒子，并對其在體內的性能進行評價是很有必要的。

【成果簡介】

近日，北京化工大學的徐福建教授、趙娜娜教授（共同通訊作者）等報道了由內部原位形成的金納米棒(Au NR)核和多陽離子介孔二氧化硅殼組成的紋理粗糙納米囊(Au@HSN-PGEA, AHPs)，用于三種形式的互補式癌癥治療。利用表面粗糙度、近紅外(NIR)反應性和控釋方式，AHPs有望實現疏水性抗增殖、抗血管生成藥物索拉非尼(SF)和抗癌基因 p53聯合應用于惡性肝癌的治療。研究了AHPs的粗糙表面結構，對細胞攝取和后續的基因轉染的影響。還測試了光熱Au NR內核用于NIR觸發的SF釋放的可行性。值得注意的是，基于光敏療法增強化療的協同效應已經被實現。此外，還證明了提出的具有粗糙表面的多功能納米顆粒具有良好的體內性能。目前的工作擴展到了有趣的粗糙納米顆粒在生物醫學上的應用，并為構建互補基因/化療/光熱治療的協同治療提供了一種簡單的策略。研究成果以題為“Rattle-Structured Rough Nanocapsules with inSitu-Formed Gold Nanorod Cores for Complementary Gene/Chemo/Photothermal Therapy”發表在國際著名期刊ACS Nano上。

【圖文導讀】

圖一、SAHP制備和藥物/基因聯合傳遞作用過程的示意圖?

圖二、AHPs的理化表征

（a） HSNs和Au@HSN的TEM圖；

（b）Au@HSN、AHPs、AHP/pDNA的AFM圖；

（c）Au@HSN、Au@HSN-Ad、AHPs、SAHPs的熱重分析；

（d）在不同的N/P比值條件下，pDNA復合物的電泳移動延遲測定；

（e）在不同N / P比值與原始的AHP 的條件下，AHP / pDNA復合體的粒徑大小和Z電位值。

圖三、測定ANPs的胞內效果

（a） 不同的N/P比值的AHP/pDNA和PEI/pDNA復合物處理HEK293和HepG2細胞系的MTT檢測；

（b） 在HEK293和HepG2細胞系中，不同N/P比值的AHP/pDNA和sm-AHP/pDNA復合物和CD-PGEA進行熒光素酶基因轉染檢測；

（c） 由AHPs、CD-PGEA和PEI介導的pEGFP在HepG2細胞中最優N/P比率的代表性熒光圖像；

（d） 熒光顯微鏡和合并后的圖像，以及用YOYO-1標記的AHP/pDNA、sm-AHP/pDNA和CD-PGEA/pDNA處理的HepG2細胞的流式細胞分析。

圖四、AHPs在NIR照射下的細胞成像實驗?

（a） Au@HSN和AHPs的UV吸收光譜；

（b） 在808nm照射后水和AHPs溶液的溫度升高；

（c） 在激光照射下,FDA-PI染色HepG2細胞治療（有/沒有AHPs）的熒光圖像；

（d） 波長808 nm的激光輻照后，腫瘤小鼠注射PBS和Au@HSN-PGEA的溫度和光照圖像；

（e） 在預定的時間間隔內，用近紅外輻射對SAHPs的SF進行累積釋放譜；

（f） MTT法測定游離SF、SAHP/pDNA、AHP/pDNA+NIR、SAHP/pDNA+NIR、AHP/p53、AHP/p53+NIR的細胞存活率；

（g-j）AHP/p53(g)、SAHP/pDNA(h)、SAHP/pDNA+NIR(i)、SAHP/p53+NIR(j)處理的FDA-PI染色HepG2細胞的相應熒光圖像。

圖五、AHPs在腫瘤小鼠內的PA圖像

（a） 不同濃度的AHPs溶液的PA強度和相應的PA圖像；

（b） 帶腫瘤老鼠注射AHPs前后的PA圖像。

圖六、AHPs在腫瘤小鼠體內的實驗?

（a） PBS、AHP+NIR、AHP/p53、SAHP+NIR、SAHP/p53+NIR、SAHP/p53+NIR治療小鼠腫瘤的腫瘤生長曲線、平均腫瘤重量變化和相應腫瘤代表性照片；

（b） 各種治療8 d后解剖腫瘤的免疫組織圖；

（c） 各種治療8 d后解剖腫瘤的H&E染色圖像；

（d） 不同組小鼠主要器官(心、肝、脾、腎、肺)的組織分析。

【小結】

研究制備了由內部形成的金納米棒核（Au NR）和多陽離子空心二氧化硅殼組成的鱗片結構粗糙納米膠囊(Au@HSN-PGEA)。采用“船-瓶”合成策略，在空心二氧化硅納米顆粒的腔內生成Au NR核，以保持藥物加載的粗糙表面特征和內部空間。多陽離子CD-PGEA在Au@HSN表面組裝并攜帶基因。同時，以CD-PGEA為表面修飾結構，實現NIR觸發的藥物釋放。利用粗糙表面增強的細胞內化以促進基因轉染性能。利用Au NR核的固有光熱特性，實現了PTT和PTT增強化療帶來的協同效應。結果表明，在惡性肝細胞癌的輔助基因/化療/光熱療法中，所提出的粗糙的納米膠囊是令人滿意的平臺。此外，評估PA影像在影像引導下的治療效果。此研究提出了一種合理的多功能粗糙納米顆粒的設計和模擬系統，以獲得很好的治療效果。

文獻鏈接：Rattle-Structured Rough Nanocapsules with in-Situ-Formed Gold Nanorod Cores for Complementary Gene/Chemo/Photothermal Therapy（ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b01440）

本文由材料人生物材料組大兵哥編譯。

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