智能响应雷公藤红素递送体系的设计及其在肿瘤治疗中的应用

作     者：李函容 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：喻长远

授予年度：2023年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 

主      题：雷公藤红素 药物递送 螯合物 药物减毒 肿瘤微环境响应 

摘      要：雷公藤红素(Celastrol,CEL)是一种从雷公藤根中提取物分离出来的活性化合物,具有广泛的抗癌活性,是一种颇具转化潜力的药物。然而,其水稳定性差、治疗窗窄、不良反应多,限制了CEL的体内应用。为了克服以上限制,我们创新地利用了CEL和Fe(III)的配位,并基于肿瘤微环境中高表达的活性氧(ROS)和三磷酸腺苷(ATP)双重响应设计了一种智能响应雷公藤红素递送系统:雷公藤红素-铁纳米颗粒(CEL-Fe NPs)。主要研究结果如下:首先,我们利用配位合成了CEL-Fe(III)螯合物作为减毒内核,基于ATP与Fe(III)的竞争性结合,CEL-Fe(III)配位结构可被破坏从而重新恢复为CEL。随后,CEL-Fe通过纳米沉淀法被包封在ROS响应嵌段聚合物的疏水核心中,成功合成了CEL-Fe NPs。形貌、粒径和电位表征证明,CEL-Fe NPs粒径均匀,约为86 nm,表面电荷约为-20 m V,且能够在水溶液和缓冲液中保持稳定;同时,CEL-Fe NPs具备ATP响应配位解体和在Fe(III)作用下增强的ROS响应的药物释放行为,在微酸和含有HO的释放介质中24 h释放率达到83%。其次,通过体外毒性测试和计算机模拟分子对接,我们验证了CEL-Fe降低的细胞毒性、可在ATP响应后恢复药物毒性的特征,同时,探究了其内在机制。之后,针对纳米包封体系的相关研究证实了药物能够有效地被细胞摄取,同时,蛋白印迹、Caspase 3活性检测、凋亡检测等系列实验结果也进一步表明细胞毒性变化的具体机制与Hsp90-Cdc37客户蛋白的表达量、药物对细胞增殖和细胞凋亡的影响等方面相关。最后,通过急性溶血实验、生物安全性测试、小鼠活体成像证明了CEL-Fe NPs的生物安全性明显改善,在高给药剂量下未观察到明显的组织毒性。此外,我们建立了患者来源的异种移植瘤模型以评估CEL-Fe NPs的体内治疗效果,实验结果证明纳米粒能够有效地在肿瘤积聚,而且,由于其响应释放和响应药效激活的特性,体内抑瘤实验结果显示:CEL-Fe NPs显示出比单独的药物和未配位的CEL NPs更强的抗肿瘤疗效,其肿瘤体积小于PBS治疗组的1/10。综上,我们成功合成的智能响应递送体系CEL-Fe NPs,具有如下特征:在正常生理组织中,聚合物中的亲水聚乙二醇末端能够维持CEL-Fe NPs的体内循环稳定性,并维持减毒内核CEL-Fe的稳定配位状态,从而保证了较高的生物安全性,有效减少了对正常生理组织的毒性;当Cel-Fe NPs通过血液循环到达富含ATP、ROS的肿瘤微环境中时,ROS触发和增强了药物释放行为,随后由于ATP与Fe(III)的竞争性结合,CEL-Fe的配位键被破坏,从而恢复了CEL的抗肿瘤药效,实现肿瘤特异性的药物激活。我们的研究为基于配位的CEL衍生物和药物减毒体系的开发提供了一种创新的思路。