锆金属有机骨架(MOFs)纳米阀门:锌离子刺激响应的靶向药物控释

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金属有机骨架(MOFs)材料,通常具有高比表面积和大孔径有利于药物的大量装载,并且具有易于修饰功能化、良好的生物降解性和生物相容性、在细胞成像方面具有潜在应用等优点,因而在生物和医学方面具有广泛的应用前景。然而,目前已经报道的基于MOF的药物释放体系前释放严重,并且难于实现刺激可控的靶向给药。吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威课题组及其合作者成功地通过后修饰方法将基于柱芳烃的超分子开关引入到MOF中,选用罗丹明6G和抗癌药物阿霉素(DOX)等作为装载物,利用pH和竞争结合试剂对柱芳烃开关进行调控,实现药物靶向传输和控释。此为首例将阀门引入到MOF结构表面,构筑具有刺激响应性的纳米靶向药物释放体系。该研究大大降低了药物的前释放,同时具有极低的细胞毒性以及良好的双刺激响应性,给针对性的药物输送和可控的药物治疗提供了新的途径。该工作在Chemical Science上发表并被选为杂志封面(Chem. Sci. 2015, 6, 1640),近期被Thomas Faust博士在 Nature Chemistry上作为研究亮点评述(Nanomedicine: MOFs deliver. Nature Chemistry, 2015, 7, 270)。

基于以上工作,杨英威课题组进一步构筑了一种能够用于治疗中枢神经系统疾病的MOF纳米阀门可控药物释放体系。UiO-66-NH2为锆MOF,锆广泛存在于生命体系中,并被广泛应用于医药医疗领域,具有生物友好性,因此采用锆MOF药物载体构筑超分子纳米阀门对疾病的靶向治疗具有重要的开发前景。锌离子(Zn2+)是突触信号转导和其他神经系统的主要调节剂,在大脑细胞质中自由Zn2+的浓度为500 nM,大多数Zn2+存在于神经元的突触囊泡中,浓度可达到1 mM,Zn2+浓度的紊乱会导致一些大脑神经疾病,如:帕金森、阿尔兹海默症、癫痫等。因此Zn2+调控的靶向药物释放对于治疗神经性疾病具有十分重要的意义。Zn2+作为一种竞争刺激,通过改变Zn2+的浓度可实现阀门开启和药物可控释放。同时,柱芳烃开关对温度刺激亦有响应性,因此通过在病变部位进行热疗辅助,可以实现温和的可控药物释放,并且这种理疗手段可以促进血液流动,对人体健康具有调节作用。该纳米智能控释体系不仅装载量大、前释放低,而且结合了锆MOF自身良好的生物相容性和降解性,具有极低的细胞毒性,在细胞成像方面也具有潜在的应用前景。利用疾病的发病机理有针对性的治疗,不仅可以直接靶向地可控释放药物,同时也可以调节由于病变产生的离子失衡等病症。该类多重治疗的可控靶向药物释放体系可望成为治疗中枢神经系统疾病的新方法。相关结果发表在Small杂志上(Small 2015, DOI: 10.1002/smll.201500155)。

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