利用苯硼酸化学与主客体作用组装构建基因—药物纳米共载控释体系

根据载体传递机制和肿瘤部位的特殊生理环境,针对性设计生理智能响应型纳米载体进而实现抗肿瘤药物或治疗基因的控释是提高肿瘤医治疗效的重要策略。化学—基因联合治疗作为肿瘤疾病的新型治疗手段,将两者的优点有机结合起来,在协同高效以及克服药物耐药性等方面凸显出极大的优势。通常而言,化学—基因联合治疗要求药物和基因同步到达肿瘤部位,进而发挥协同作用。这在客观上决定了化学-基因共载体系在联合治疗中不可或缺的地位。需要指出的是,基因和小分子化学药物的性质以及负载模式截然不同。因此,如何实现基因/药物的高效共载以及如何通过控释提高基因/药物的疗效是目前发展纳米共载体系所面临的巨大挑战。但是,绝大多数控释载体的制备涉及复杂的化学合成过程,不利于保证协同体系药化性质的稳定性;从实际成药角度考虑只能停留在“概念设计”的水平。

武汉大学冯俊教授课题组基于苯硼酸酯共价键合的pH敏感特性以及环糊精的主客体作用,通过自组装模式,设计合成了一种针对肿瘤细胞溶酶体酸性环境(pH=4.5~6.0)的智能基因—药物共传递纳米体系。该组装体系包含两种功能组成单元:1)苯硼酸(PB)修饰的阳离子寡聚物聚乙烯亚胺(Mw=1.8K, PEI1.8K)负责压缩负载荷负电的治疗基因;2)γ-环糊精(γ-CD)通过主客体作用容纳运载小分子疏水药物。两种功能单元的有机结合依赖于PEI1.8K-PB的苯硼酸基团和γ-CD表面的二醇在常温中性环境下,在水溶液中可以自发共价结合形成苯硼酸酯键。当组装体负载DNA后,γ-CD环绕在形成的复合物周围,赋予载体/DNA复合物类似于细胞表面多糖被膜的生物模拟。这种多糖表面伪装可以克服由于聚阳离子和血液中蛋白等成分发生静电结合而导致的絮凝沉降,提高血清耐受性和生物相容性。体外转染实验表明血清浓度提高到30%对于PEI1.8K-PB/γ-CD的细胞转运能力和转染能力基本没有影响;此条件下PEI1.8K-PB/γ-CD的转染效率可以达到聚阳离子性基因载体黄金标准PEI25K(Mw=25K)的25倍,DOX共载进入γ-CD内腔对于转染效率影响甚微。在模拟正常生理环境下,由于组装体和共载的DNA复合形成了稳定紧密的纳米结构,DOX很难从组装体内部游离出来,其与共载的DNA能够被同步高效地传递到细胞内部。与之不同,因为在酸性环境下苯硼酸酯键易于断键进而导致组装体发生解体行为,其中的药物更容易释放出来。直接的证据是经过酸性环境(pH=5.0)透析预处理的共载纳米体系在和细胞共培养后,尽管在细胞内仍能显著地观察到负载的DNA,但DOX成分基本观察不到。可以预想,在纳米共载体系被动靶向富集于肿瘤组织接着被肿瘤细胞内吞进入内涵体/溶酶体后,体系能够响应其间的酸性环境,实现药物的控释。相关论文发表在Adv. Healthcare Mater.。这种基因—药物共载体系的构建模式为该领域研究提供了一种新的思路。通过苯硼酸—二醇组装模式或者主客体作用,其他功能成分诸如主动靶向基团也能方便引入,更易实现功能性的多元化。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校专项资金的资助。