呋喹替尼联合阿霉素粒径可转换纳米递药系统用于肿瘤治疗的研究

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肿瘤治疗中,抗血管生成药物可以通过抑制肿瘤血管的生成进而抑制肿瘤的生长和转移。然而单一使用抗血管生成药物并不能满足肿瘤治疗的需要,将其与具有不同抗肿瘤机制的化疗药物联合应用,是提高肿瘤治疗效率的有效策略。此外,由于肿瘤组织特异的微环境,如何实现药物在肿瘤组织的深层渗透亦是提高肿瘤治疗效果的关键。本课题基于抗血管生成药物与化疗药物的联合应用以及聚酰胺-胺树状大分子(Polyamidoamine dendrimer,PAMAM G5.0)的特异性尺寸特征,以p H响应型脂质体和PAMAM为药物载体,环状精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸肽(Cyclic arginine-glycine-aspartic acid peptide,c RGD)为靶头,呋喹替尼(Fruquintinib,FRU)和阿霉素(Doxorubicin,DOX)为模型药物,构建p H响应型粒径可转换的靶向纳米药物递送系统(PRL-PD/FRU-c RGD)。本课题研究内容主要分为以下三部分:第一部分:PRL-PD/FRU-c RGD的制备与表征首先采用物理搅拌法,制备载DOX的小粒径复合物(PD),然后通过“逆向蒸发法”,将所制备的亲水性PD和疏水性药物FRU包载进表面修饰有c RGD肽的p H响应型脂质体中,制备靶向纳米药物递送系统(PRL-PD/FRU-c RGD)。(1)纳米制剂的表征粒径、电位和形貌的表征结果显示,PD分散性良好,粒径约为15.0 nm,电位约为+11.9 m V。包载FRU和PD后的PRL-PD/FRU-c RGD为规则的近圆形,粒径约为120.0 nm,电位约为-18.2 m V,其中,FRU的载药量和包封率分别为5.74±0.21%和86.75±0.16%,DOX的载药量和包封率分别为4.99±0.28%和70.29±0.28%。(2)体外释药体外药物释放效率结果显示,PRL-PD/FRU-c RGD中的FRU和DOX在不同p H条件下,药物释放效率有显著性差异。其中,72 h时,FRU在p H 6.5和5.0时的累积释放量约为生理条件下的2.11和2.78倍,DOX在p H 5.0时的累积释放量约为生理条件下的2.28倍,在p H 6.5条件下释放效率不明显,实现了药物控释的目的。(3)溶血率实验结果显示,纳米制剂在浓度为0.0625~4.5 mg/m L范围内,溶血率均不超过3%,表现出良好的生物相容性。第二部分:PRL-PD/FRU-c RGD的体外抗肿瘤活性研究以小鼠乳腺癌4T1细胞和人脐静脉内皮细胞(HUVEC)为模型,在细胞水平初步考察PRL-PD/FRU-c RGD的体外抗肿瘤活性。(1)细胞摄取实验结果表明,在纳米制剂的靶向作用下,可有效增加4T1细胞对药物的摄取。(2)MTT实验结果显示,空白载体(PRL-P-c RGD)在实验浓度为5~640μg/m L范围内未表现出明显的细胞抑制作用,具有良好的生物安全性。而PRL-PD/FRU-c RGD在FRU和DOX的联合作用下,能够显著抑制4T1细胞的增殖,且对4T1细胞的增殖抑制作用显著高于含单药纳米制剂。(3)3D肿瘤球体外渗透实验结果表明,PRL-PD/FRU-c RGD通过响应肿瘤微环境,发生粒径转换释放出PD,相比于对照组具有更强的肿瘤渗透能力,可以实现药物在4T1肿瘤球中的深层渗透。(4)抗转移实验通过划痕实验和Transwell实验进行考察,结果显示PRL-PD/FRU-c RGD的抗转移能力显著高于含单药纳米制剂,仅有25.76%和15.26%的4T1细胞发生迁移和侵袭,表现出优异的抗转移作用。(5)体外抗血管生成实验内皮管形成实验和Western blot实验结果显示,在FRU和DOX的共同作用下,PRL-PD/FRU-c RGD组几乎没有完整内皮管状结构的形成,同时在各实验组中血管内皮生长因子受体2(VEGFR-2)呈现出最低水平的表达,表明PRL-PD/FRU-c RGD能够显著下调VEGFR-2,具有较好的体外抗血管生成能力。第三部分:PRL-PD/FRU-c RGD的体内抗肿瘤活性研究以4T1荷瘤小鼠为模型,进一步考察PRL-PD/FRU-c RGD的体内抗肿瘤活性。(1)体内靶向性研究通过荧光活体成像仪观察纳米制剂在荷瘤小鼠体内各组织的分布情况,结果显示,PRL-PD/FRU-c RGD在肿瘤组织的分布显著高于游离药物,进一步证实了纳米制剂较好的靶向能力。(2)药效学研究与其他实验组相比,PRL-PD/FRU-c RGD治疗后的小鼠,肿瘤组织最小,生长周期最长,显示出最佳的肿瘤治疗效果和预后效果。特别重要的是,PRL-PD/FRU-c RGD组的小鼠各组织未表现出明显的病理变化且肝功、肾功与Control组相比无显著性差异,表明该纳米制剂的生物安全性良好。(3)体内抗血管生成研究观察各实验组小鼠肿瘤组织的血管密度表达情况,载有双药的纳米制剂组血管密度降低最为显著,表明PRL-PD/FRU-c RGD具有显著抑制血管生成的能力。(4)体内肿瘤深部渗透研究对纳米制剂在肿瘤组织的渗透情况进行分析,PRL-PD/FRU-c RGD的红色荧光几乎分布于整个肿瘤组织,与体外渗透实验结果相吻合,进一步证实了PRL-PD/FRU-c RGD通过响应肿瘤微环境,发生粒径转换释放PD,从而实现药物在肿瘤组织的深层渗透。(5)抗肺转移研究以4T1肺转移小鼠为模型,考察FRU和DOX的联合抗肺转移能力。结果显示,PRL-PD/FRU-c RGD组小鼠肺转移结节数量最少,在FRU和DOX的共同作用下,PRL-PD/FRU-c RGD对4T1肺转移的抑制率高达86.76±1.80%,显著高于含单药纳米制剂,表现出良好的抗肺转移能力。本课题基于粒径可转换策略,将抗血管生成药物与化疗药物联合应用,成功构建了p H响应型靶向纳米药物递送系统PRL-PD/FRU-c RGD。在肿瘤微酸环境下,本系统可以主动靶向肿瘤细胞表面高表达的整合素受体,利用其释放出的FRU可抑制肿瘤血管内皮生长因子受体(VEGFR)的表达,达到抑制新生血管的生成,阻断肿瘤赖以生存的营养和氧气,进而抑制肿瘤细胞的增殖和转移的作用;同时,还可以发生粒径转换,释放出载DOX的小粒径复合物PD,增强纳米制剂的肿瘤组织渗透能力,实现DOX的深层递送。总之,本系统最终在FRU和DOX的联合作用下,同时实现其在肿瘤组织的快速富集和高效的肿瘤组织渗透,发挥优异的抗肿瘤效果,为抗血管生成药物与化疗药物联合用于肿瘤治疗提供实践策略、拓展新思路。
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