针对乏氧肿瘤同步放化疗的多功能载药囊泡的构建及抗肿瘤活性研究
放射治疗（RT）是目前消除癌细胞和克服癌症复发的最有效疗法之一。高达50%的实体瘤癌症患者可以从放疗中获益。然而，高剂量的辐射不可避免地对邻近组织造成附带损害，最终可导致患者严重的全身性毒性和免疫抑制。此外，体积较大的实体肿瘤组织中的乏氧微环境限制了放疗的最终治疗效果，导致放射抵抗。 为了规避肿瘤乏氧对放疗疗效的限制，可利用乏氧微环境并结合纳米技术来设计放疗增敏策略。通过引入新型不依赖氧的放射增敏分子，如电子亲和力强的硝基芳烃或硝基杂环衍生物来提高肿瘤细胞的治疗敏感性是一种有效的增敏方式。作为已被广泛报道的典型硝基咪唑分子之一，甲硝唑不仅可以作为乏氧响应性药物释放的载体成分，还可以赋予修饰后的基质以高效的乏氧放射增敏能力。然而，由于肿瘤的异质性，复杂的肿瘤基质使得药物难以递送至肿瘤中心乏氧区域，以致有限的药物被激活。到目前为止，即使已经开发出多种治疗方式结合的纳米递送策略来解决这些困难，乏氧肿瘤的放疗仍然是一个无法克服的难题。为了实现对乏氧实体肿瘤的高效治疗，本课题提出了一种具有乏氧响应性药物释放和乏氧辐射致敏特性的高效多模式纳米治疗平台，取得如下成果： 首先，通过原子转移自由基聚合（ATRP），以二溴异丁酰溴修饰的聚乙二醇（PEG-Br）为大分子引发剂引发甲硝唑单体（MNZ）和甲基丙烯酸羟乙酯单体（HEMA）聚合，构建功能性两亲性聚合物，即PEG-b-(PHEMA-r-PMNZ)。利用聚合物链HEMA的羟基通过酯化反应偶联Pt(Ⅳ)前体药物，构建具有乏氧响应性功能和乏氧辐射致敏特性的聚合物，即PEG-b-(PHEMAPt(Ⅳ)-r-PMNZ)。以此聚合物为基础，联合胆固醇和氢化大豆磷脂（HSPC），通过薄膜水化法制备的聚合物囊泡（Ves），可通过包封多种类型药物实现联合放疗的多模式纳米治疗平台，实现乏氧实体肿瘤的高效治疗。 其次，考虑到实体肿瘤的异质性，提出了一种统一肿瘤组织乏氧分布来改造放疗抵抗的增敏策略。这一增敏策略同时具有声动力治疗（SDT）诱导的氧消耗、乏氧响应的药物释放和乏氧放射敏化特性，可用于实体肿瘤的高效放化疗。基于聚合物PEG-b-(PHEMAPt(Ⅳ)-r-PMNZ)，与胆固醇、氢化大豆磷脂（HSPC）制备聚合物囊泡，同时与声敏剂二氢卟吩e6（Ce6）和药物替拉扎明（TPZ）自组装成稳定的多功能载药囊泡（VCT）。经超声辐照后，体外和体内实验已证明Ce6介导的声动力过程可有效消耗氧气产生活性氧。声动力过程诱发的乏氧加强了甲硝唑硝基向氨基转化，导致VCT囊泡的解体并加速Ce6和TPZ的释放和激活。细胞毒性实验结果证明该囊泡在较低的药物剂量即可实现全部细胞死亡。经细胞集落增殖实验和DNA损伤实验验证了该囊泡的辐射增敏能力。该囊泡可在低辐射剂量（3Gy）下，联合声动力治疗和化疗实现对侵袭性4T1皮下和原位肿瘤模型有效消融，并抑制原位肿瘤的肺部转移发生以及延长小鼠的中位生存期。 最后，考虑到实体肿瘤的异质性和复杂肿瘤微环境特性，提出了一种统一肿瘤组织乏氧分布协同降解细胞外基质的基因治疗联合放化疗策略。基于聚合物PEG-b-(PHEMAPt(Ⅳ)-r-PMNZ)构建的囊泡包封肿瘤过表达的NAD(P)H醌氧化还原酶（NQO1）的高效底物KP372-1并负载松弛素1质粒（pRLN1）后，构建具备免疫调节并辐射增敏功能囊泡（VkpPEIP）。该囊泡具有药物（KP372-1）诱导的氧消耗、乏氧响应的药物释放并质粒表达和乏氧放射敏化特性。细胞实验证明，KP372-1被胞内NQO1还原后可消耗氧气产生活性氧（ROS），具备较高的癌细胞杀伤能力。经细胞集落增殖实验和DNA损伤实验验证了该囊泡的辐射增敏能力。诱导的氧消耗可进一步刺激囊泡的解体，释放的pRLN1质粒可实现癌细胞内瞬时转染进而过量表达松弛素Relaxin1。Relaxin1与松弛素样家族肽受体1（RXFP1）结合后，可以下调与胞外基质相关的蛋白而达到降解肿瘤细胞外基质并加强抑制肿瘤活性的目的。 本研究所设计的基于多功能聚合物囊泡的放射增敏策略可联合多种治疗方式实现高效放射增敏和针对乏氧肿瘤的多模式协同治疗，具有广阔的应用前景。
多功能载药囊泡;乏氧肿瘤同步;放化疗;抗肿瘤活性
北京化工大学
博士
化学工程与技术
甘志华
2022
中文
TQ460.4
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）