基于紫杉醇二聚体前药的联合疗法对宫颈癌杀伤作用的研究

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背景:宫颈癌是女性第四大常见恶性肿瘤,已经成为全球中年妇女生命健康的重大威胁。我国宫颈癌的防治形势更加严峻,其发病率逐年上升且年轻化趋势明显。化疗是宫颈癌的主要治疗手段之一。广谱抗癌药紫杉醇是晚期宫颈癌化疗的一线用药,但其在水中的溶解度极低。为了解决这一难题,Taxol?选择使用助溶剂Cremophor EL和无水乙醇来溶解紫杉醇,成为第一个获批用于临床的紫杉醇剂型。但遗憾的是,助溶剂相关毒副作用给癌症患者带来了巨大的痛苦,严重限制了Taxol?的临床应用。纳米药物可以提高药物的溶解度,延长血液循环时间并提高肿瘤部位的药物蓄积,为解决这些难题提供了新的希望。围绕紫杉醇的减毒和增溶,大量紫杉醇纳米制剂如Lipusu?、Abraxane?和Genexol-PM?被开发出来。事实上,这几种纳米药物最大的区别在于载体不同,虽然实现了减毒和增溶的目标,但并没有显著延长患者总体生存期,而且还存在着紫杉醇载药量低、药物泄露和载体相关毒性等诸多问题。因此,对紫杉醇新剂型的开发仍在如火如荼的展开中。新一代刺激响应性智能纳米药物可以实现药物的可控性释放,降低药物的毒副作用。针对肿瘤组织微环境如弱酸、过量的谷胱甘肽和活性氧、乏氧以及某些酶的过表达等特点,人们开发了多种肿瘤微环境响应性纳米药物。此外,一些外部刺激如光、超声、磁场和电场也可以作为激活药物的手段。在这些刺激因素作用下,纳米药物的结构或理化性质发生改变,从而实现药物的可控按需释放,降低系统毒性的同时增强其抗肿瘤治疗效果。此外,二聚体前药在水溶液中易于形成稳定的纳米组装体。因而,在纳米药物的制备过程中可以大大减少载体的使用,提高载药量的同时降低载体相关毒性。另外,利用刺激响应性基团作为中间连接单元,可以将二聚体前药和刺激响应性相结合,提高纳米药物载药量的同时实现药物的可控释放。光动力治疗是一种新兴的非侵入性治疗手段,具有选择性高、毒副作用小、可重复治疗等优点,因而在恶性实体瘤的治疗中受到广泛研究。由于宫颈癌位置表浅加上宫颈特殊的空腔解剖结构,光动力治疗在宫颈癌临床治疗中具有很大的应用潜力。光、光敏剂和氧气是光动力治疗中必不可少的3要素。单独来看,每个成分都是无毒的,但是光敏剂在特定波长的激光照射下会与周围的氧气发生光化学反应产生活性氧,进而导致肿瘤细胞坏死或凋亡。利用纳米技术将化疗与光动力治疗相联合,通过不同的作用机制对抗肿瘤,能够提高两者的治疗效果,在近期的肿瘤治疗研究中受到广泛的关注。肿瘤致密且不均一的细胞外基质网络是天然的物理屏障,严重阻碍了纳米药物的渗透,影响现有多种癌症治疗疗效并诱导耐药性的产生。大量消耗肿瘤细胞外基质可以降低组织间液压力、改善血流灌注并缓解乏氧,从而改善纳米药物在肿瘤组织分布。近期有大量研究表明传统降糖药二甲双胍可以增强紫杉醇对癌细胞的毒性,还在预防和治疗心、肺、肾和卵巢等多种器官纤维化中表现出强大的抗纤维化作用,因而在调节肿瘤细胞外基质、重塑肿瘤微环境方面具有广阔的应用前景。目的:(1)设计并构建光激活药物释放的紫杉醇/卟啉二聚体前药纳米粒,验证其能否实现药物可控性释放的同时探究其联合化疗与光动力疗法协同杀伤He La细胞效果。(2)将二甲双胍与紫杉醇二聚体纳米前药(D-PTX@F127 NPs)联合使用,探讨二甲双胍能否增强D-PTX@F127 NPs的抗肿瘤效果。方法:(1)通过酯化反应合成了以硫缩酮键为中间连接单元的活性氧响应性紫杉醇/卟啉二聚体前药,并利用核磁共振氢谱和电喷雾电离质谱表征其结构和纯度。然后,在不添加任何辅料或载体的情况下,通过纳米沉淀法制备出无载体前药纳米粒(Co-PT NPs)。利用透射电子显微镜、动态光散射、紫外-可见光谱仪和荧光光谱仪探究了Co-PT NPs的理化性质、稳定性和共组装机制。利用激光共聚焦显微镜证明了细胞对Co-PT NPs的有效摄取,再通过吲哚菁绿和细胞荧光探针DCFH-DA检测活性氧的产生。利用高效液相色谱仪验证H2O2能否破坏硫缩酮键并触发紫杉醇的释放。最后,通过MTT实验、Annexin-V FITC/PI凋亡检测、Calcein-AM/PI染色和微管蛋白免疫染色等手段探究Co-PT NPs对He La细胞的杀伤效果。(2)通过纳米沉淀法制备了紫杉醇二聚体前药纳米粒(D-PTX@F127NPs),再利用透射电子显微镜和动态光散射表征其理化性质及稳定性。接下来,通过MTT实验、Calcein-AM/PI染色和结晶紫染色实验探究二甲双胍和D-PTX@F127 NPs的联合使用对He La和4T1细胞的杀伤效果。最后,通过体内抑瘤实验、Mason染色、Western blot实验和HE染色实验研究其体内抗癌效果、机制和生物安全性。结果:(1)首先,我们利用活性氧敏感的硫缩酮键连接紫杉醇/卟啉,成功制备了紫杉醇/卟啉二聚体前药,并构建了无载体前药纳米粒(Co-PT NPs)。Co-PT NPs呈现出规则的球形形貌,并且粒径小、分布窄,还具有良好的稳定性。此外,Co-PT NPs还能够以能量依赖性和时间依赖性的方式被He La细胞摄取。在638 nm激光照射下,Co-PT NPs能够在He La细胞内产生活性氧。所产生的活性氧裂解硫缩酮键,释放出具有药理活性的紫杉醇,从而抑制微管解聚。通过MTT实验、Annexin-V FITC/PI凋亡检测和Calcein-AM/PI染色和微管免疫荧光染色,我们证明了Co-PT NPs能够协同化疗与光动力治疗抑制肿瘤细胞生长。(2)所制备的紫杉醇二聚体前药纳米粒稳定性好、粒径小、分布较窄并且有着均匀的球形形貌。和二甲双胍联用后,D-PTX@F127 NPs对He La和4T1细胞的毒性明显增强。在体内实验中,预先给药的二甲双胍可以通过抑制TGFβ1的分泌减少α-SMA高表达的CAF的活化,从而减少肿瘤组织中胶原纤维的含量,增强了D-PTX@F127 NPs的抗肿瘤效果。此外,两者联用并没有观察到明显的全身毒性和脏器损伤。结论:(1)所制备的无载体前药纳米粒在激光照射下,实现药物的可控性释放并联合化疗和光动力治疗,协同杀伤He La细胞。(2)所制备的紫杉醇二聚体前药纳米粒具有规则的球形形貌和良好的稳定性。二甲双胍能增强其对He La和4T1细胞的杀伤效果。并在体内实验中,通过序贯给药的方式,二甲双胍减少TGFβ的分泌并抑制α-SMA高表达的CAF的活化,从而消耗肿瘤细胞外基质,增强紫杉醇二聚体前药纳米粒抗癌疗效。
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