Small:高细胞摄取率的可变形介孔纳米载药平台

肿瘤因其多样的代谢方式和复杂的生理屏障给癌症的治疗带来极大的困难。化疗仍然是当前最常用的治疗策略之一,但常规的癌症化疗往往具有严重的毒副作用。纳米药物递送作为一种极具潜力的癌症治疗手段,有望极大地降低化疗过程中的毒副作用,而纳米载药平台的尺寸、形状、表面电荷常被视作影响肿瘤细胞摄取效率的关键因素受到广泛关注。

近年来研究发现,自然界中的病毒可通过调节自身力学性能来提高其细胞侵入效率。受此启发,科学家开发了多种具有柔软特性的纳米胶囊,发现其与细胞相互作用中会发生压缩变形,进而显著提高细胞摄取效率。相比其他纳米载药平台,介孔氧化硅纳米颗粒因其低生物毒性、高载药率、药物可控释放、易功能化等特点被广泛用作化疗药物递送平台,但介孔壳层高度交联的-Si-O-Si-框架结构使其难以获得变形性能,细胞摄取效率仍有较大提升空间。因此,开发具有力学性能连续可调的可变形多功能介孔氧化硅复合纳米颗粒,对于深入了解纳米载药平台变形性能与细胞摄取效率的关系,促进下一代高细胞摄取率的介孔氧化硅纳米平台的发展具有十分重要的意义。

针对上述问题,深圳大学生物医学光子学研究中心屈军乐、宋军教授团队通过有机/无机硅烷前驱体的复配设计,对介孔氧化硅框架结构形成过程中的溶胶-凝胶过程进行调控,实现了对介孔氧化硅纳米颗粒的尺寸、形貌、结构参数和力学性能的可控调节,成功地开发了一种高细胞摄取率的偏心核-壳结构介孔氧化硅复合纳米载药平台。该工作较为详细的分析了各实验参数(有机/无机硅烷比例、溶胶-凝胶时间、反应体系转速等)对介孔氧化硅的结构参数和力学性能的影响,讨论了各向异性自组装形成最外层偏心壳层的形成机制,发现介孔氧化硅壳层厚度和交联度对于纳米颗粒力学性能的调节起到至关重要的作用。实验中,通过控制溶胶-凝胶时间可精细调节最外层壳层厚度,借助原子力显微镜力学模式测得其杨氏模量范围在1~100MPa内,最外层壳层变形范围在0~30 nm内,实现了对介孔纳米颗粒力学性能在一定范围内精确可控。研究证实,介孔氧化硅纳米颗粒的变形能力与细胞摄取率高低关系紧密,杨氏模量越低细胞摄取率越高,负载化疗药物后对癌细胞杀伤效果显著提高。相关结果近期发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201906028)上。