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【新闻网】南开大学合成“可激活”纳米药物 发展精准治疗肿瘤新策略
2018-04-18

南开新闻网讯(记者  马超)光动力治疗以其创伤小、操作简单等优点正在成为肿瘤治疗的重要手段之一,通常用于治疗癌前期皮肤病和皮肤恶性肿瘤,如日光性角化病、基底细胞癌、鳞癌等,也可用于血管畸形、寻常痤疮等非恶性肿瘤性皮肤病的治疗中。近日,南开大学化学学院郭东升团队、生命科学学院丁丹团队联合研究开发了“可激活”纳米药物,克服了传统光敏剂缺乏肿瘤靶向性,对正常组织具有光毒性等不足,降低其光毒性并提高治疗效果,且能够实现诊疗一体化。该策略已经成功应用于活体动物实验,为肿瘤等疾病的临床精准治疗提供新方法。相关成果发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02331)。
      光动力治疗,需要将光敏剂输入人体,在一定时间后,以特定波长的光照射病变部位,通过一系列光物理和光化学过程,使异常增生活跃的细胞发生不可逆的损伤,最终使细胞死亡,达到治疗目的。而传统光敏剂,对正常组织具有光毒性,使其在临床应用中受到极大限制。如何改良现有商业化光敏剂,是一个极具挑战性的难题。近年来,“可激活”光敏剂用于光动力治疗备受科研人员的关注。
      郭东升课题组在基于杯芳烃的超分子诊疗学方面做了一系列研究工作。郭东升介绍:“杯芳烃的分子结构,就像是一个口袋,可以有效包载染料分子并对其光物理性质进行调控,对于肿瘤标志物进行特异性响应,更为重要的是两亲性杯芳烃可以方便地自组装形成纳米药物载体。”同时他们也在思考如何将杯芳烃作为纳米药物的智能模块,实现肿瘤选择性成像和靶向治疗。
      为了解决这个关键科学问题,郭东升课题组提出了“生物标志物置换激活”的新策略。从已经成熟的商业化光敏剂出发,采用两亲性杯芳烃与光敏剂结合,通过主客体相互作用,构筑纳米超分子药物——被杯芳烃“口袋”包封的光敏剂。相对于共价修饰改良光敏剂的方法,此次研发的新策略优势明显:直接使用商业化光敏剂,避免繁琐的合成与分离;光敏剂被“无痕”释放,其光物理性质保持高保真度;杯芳烃两亲组装体作为载药平台具有通用性,可根据实际需要灵活选择多种光敏剂与之适配。
      为验证此策略可行性,郭东升课题组设计构筑了两亲杯芳烃的纳米药物载体,选择4种代表性的商用光敏剂为模型药物,肿瘤标志物锁定为三磷酸腺苷即ATP,当光敏剂被装进杯芳烃“口袋”后,其荧光和光活性被完全淬灭;当ATP浓度为肿瘤浓度时,光敏剂被“激活”了,荧光和光活性几乎完全恢复;而正常组织的ATP浓度并不能造成光敏剂的释放。
      在化学理论上得到验证后,丁丹课题组成功将该策略应用于活体肿瘤成像和治疗。丁丹介绍:“当光敏剂被包结在主体空腔内时,其荧光成像能力和光活性几乎被完全淬灭,因此光敏剂在药物递送过程中处于一种‘静默’状态;当纳米药物被运送到肿瘤组织区域时,肿瘤内过表达的生物标志物会与主体结合,光敏剂被置换出空腔,重新激活其原有光物理性质,从而实现肿瘤选择性成像和靶向治疗。”

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图1  “生物标志物置换激活”策略示意图

进而,丁丹课题组将基于此策略的纳米药物拓展到活体抗肿瘤研究。他们将负载光敏剂的纳米药物通过尾静脉给药的方式注射入荷瘤裸鼠体内,然后进行实时荧光成像,纳米药物能够在肿瘤部位靶向释放光敏剂,达到了对肿瘤选择性成像的目的。根据活体成像结果,选择最佳治疗时间点进行光动力治疗,结果表明相对于单独的商用光敏剂,这种可激活的智能纳米药物具有准确的靶向性和优越的抗肿瘤效果。

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图2  基于“生物标志物置换激活”策略的纳米药物活体肿瘤靶向成像效果

郭东升、丁丹课题组基于主客体化学理念提出了新颖的策略,实现了肿瘤选择性成像和靶向治疗。通过精心设计杯芳烃主体结构,借助其优良的识别和组装性质,构筑了诊疗一体化的纳米药物,并成功应用于活体抗肿瘤中。这一开创性工作为实现精准医疗提供了新方法,发展了新材料。