[好文章,你推荐!]肿瘤组织低pH对两性离子金纳米颗粒的增强摄取

国家纳米科学中心韩雪祥推荐的文章:

Title:Acylsulfonamide-Functionalized Zwitterionic Gold Nanoparticles for Enhanced Cellular Uptake at Tumor pH

DOI: 10.1002/anie.201411615

URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201411615/abstract

背景介绍:

我是国家纳米科学中心硕士一年级学生,研究方向是抗肿瘤纳米药物。目前该方向是一大研究热点,需要化学家、药学家、材料学家、生物学家等的通力合作。由于涉足的知识面广,又有多学科交叉的特点,所以需要阅读大量不同领域的文章。《德国应用化学》是全球一流的老牌化学类期刊,近年来为扩大受众人群以及适应多学科交叉的特点,每期都推出针对不同研究领域工作者的文章,其中不乏与生物、材料、纳米等相关的优秀文章。所以每一期我都会浏览一遍,寻找自己需要的文章。此次我推荐的这篇文章是《Acylsulfonamide-Functionalized Zwitterionic Gold Nanoparticles for Enhanced Cellular Uptake at Tumor pH》,该文章对我们整体设计抗肿瘤纳米药物载体提供了一条新的思路。恰逢第三届Wiley Online Library优秀文章推荐大赛正如火如荼的开展,所以我推荐给大家,以飨读者。

文章概要:

         作者首先设计了具有pH响应的两性离子烷氧基苯磺酰胺片段,并对金纳米颗粒的进行修饰,使其也具有pH响应的两性离子的性质。该纳米颗粒在pH 7.4的正常生理条件下电荷显示中性且无毒性,但在肿瘤组织低pH(<6.5)的条件下质子化后携带正电荷,同时肿瘤细胞对它的摄取增加,它自身的毒性显现出来。这种肿瘤微环境(低pH)控制的摄取行为和毒性,赋予该纳米载体肿瘤选择性治疗的特点(图一)。

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图一、两性离子烷氧基苯磺酰胺片段和pH响应摄取行为示意图

作者在不同pH值的PBS溶液中,验证了具有pH响应的两性离子AuNP 1和不具有pH响应的两性离子AuNP 2(图二)。从图上可以清楚地看到,在pH 7.4时AuNP 1还带有微弱的负电荷,但在pH 6时已经携带正电荷,对微弱的pH变化非常敏感;而AuNP 2对pH变化不敏感,即使pH 5.5时也没有发生电荷的反转。

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图二、不同pH值下的Zeta电位图

为了说明pH响应的两性离子AuNP 1在肿瘤组织低pH(6.0-6.8)环境下,能够增强肿瘤细胞摄取以及随之而来的毒性。作者利用ICP-MS定量比较在不同pH下细胞对AuNP 1和AuNP 2的摄取(图三)。结果HeLa细胞随pH的降低,对AuNP 1的摄取量明显增加。进一步说明在肿瘤组织低pH环境下,pH响应的两性离子AuNP 1携带的正电荷能增加肿瘤细胞的摄取。

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图三、不同pH值下的细胞摄取实验

为了进一步验证微酸性环境下,带正电荷的AuNP 1具有更强的毒性。作者利用Alamar blue细胞活力分析比较了AuNP 1和AuNP 2在不同环境pH下对HeLa细胞的毒性(图四)。由于细胞摄取量大和带正电荷的原因,AuNP 1在pH 6时表现出明显的剂量依赖的毒性。

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图四、不同pH值下AuNP 1和AuNP 2的细胞毒性比较

         作者用G6PD实验排除了AuNP 1对细胞膜的损坏,提出毒性可能来源于内源性的氧化应激或者DNA损伤。又用溶血实验验证了AuNP 1和AuNP 2具有良好的血液相容性。最终说明了pH响应的两性离子烷氧基苯磺酰胺片段修饰的金纳米颗粒可以选择性增强肿瘤细胞的摄取以及随之而来的毒性,为进一步开发和利用该载体打下了基础。

推荐理由:

         总所周知,阳离子的纳米药物载体容易吸附蛋白,并且对血液以及细胞具有很强的毒性;而带负电的纳米药物载体又不容易被细胞摄取。解决这一办法的一个思路是引入可离子化的带胺基的结构,使其在血液流通过程中保持电中性或者负电,在肿瘤微酸性环境下发生质子化而带正电。但文章报道,引入三级胺会对细胞产生毒性。

         本文正好是对可离子化的纳米药物载体的一个延伸,通过引入pH响应的两性离子烷氧基苯磺酰胺片段来达到电荷反转的目的,进而选择性增强肿瘤细胞的摄取以及毒性。该文章思路清晰,逻辑紧密,论据充分,通俗易懂,为合理设计纳米药物载体的同胞提供了一条新的思路。