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纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

日期: 2020-07-10
浏览次数: 20

新型「仿生」纳米药物递送系统:如何实现细胞外囊泡载药?


具有组织特异性成像特性的纳米探针的出现和发展,使疾病的影像学诊断变得更加灵敏和特异,同时可以联合多模态影像与多功能治疗,实现疾病的诊疗一体化,最终实现疾病的精准治疗或个体化治疗。但是由于构建的纳米结构的复杂性,严重阻碍了纳米诊疗系统的成药性,因此研制简单可控、疗效增强、毒副作用低的纳米探针,特别是能够特异性识别肿瘤细胞的主动靶向型纳米探针,是该领域未来的发展方向。


单克隆抗体或天然抗体一般为双价,免疫球蛋白Ig(IgE,IgG)可形成四价或十价的多聚体。而细胞膜上通常存在两个以上抗原,因此,与多个抗原表位结合的多价探针具有更强的抗原结合能力和亲和力。在生物体内,多价探针具有比单体更佳的受体亲和力,同时具有更强的肿瘤靶向能力。同时,多价探针与细胞表面受体结合之后可引起受体交联,激活细胞内信号通路、诱导细胞的凋亡等。
在治疗B细胞淋巴瘤时,CD20分子是理想的靶抗原。美罗华单抗是首个被美国FDA批准用于治疗难治性非霍奇金淋巴瘤的单克隆抗体,其治疗效果在数十年的临床实验中已经得到验证。但仍然有半数的病人对美罗华单抗(RTX)治疗无应答。目前,还没有成熟的理论机制可以完全解释美罗华单抗的耐药机制。如何进一步增强美罗华抗体的治疗效果成为研发热点。
基于上述需求,来自东南大学生物科学与医学工程学院的研究者设计合成并可控制备了4价、10价和16价的多价磁性纳米氧化铁靶向探针,用于非霍奇金淋巴瘤的体内外的诊疗。
该工作首先使用高温热解法合成分散度良好、粒度均一的磁性氧化铁纳米颗粒(Fe3O4@OA),然后使用生物相容性良好的聚乙二醇(PEG)修饰纳米颗粒,然后选择美罗华单抗进行多价纳米探针的构建,形成Fe3O4-PEG-nAb (n= 2, 5或8)多价纳米探针。这些多价纳米探针结构简单、价数可控、生物相容性优良,其核心尺寸约为11nm,流体动力学直径约为22 nm,在缓冲溶液中具有良好的胶体稳定性。
多价纳米探针的受体结合位点多于单个RTX的受体结合位点,实验结果表明探针具有价态依赖的诱导CD20阳性Raji细胞凋亡的作用,这种作用可以通过补充血清激活补体依赖的细胞毒作用(CDC)来增强
多价纳米探针Fe3O4-PEG-8Ab介导的CD20聚集触发了细胞内游离钙的增加,同时导致了线粒体膜电位(ΔΨm)的降低,并启动了caspase-3依赖性的细胞凋亡路径。多价纳米探针Fe3O4-PEG-8Ab与细胞共孵育也可引起凋亡相关蛋白Bcl-2下调和BAX上调,增强了细胞对凋亡的敏感性。多价纳米探针Fe3O4-PEG-8Ab的静脉注射延长了荷非霍奇金淋巴瘤(Raji)的NOD-SCID小鼠的生存期,H&E染色显示治疗过程中无器官损伤,探针生物相容性好。
该工作通过多价纳米探针构建为传统抗体药物疗效提升提供了新思路和有价值的参考,同时磁性纳米颗粒作为载体还能够通过磁共振成像指导治疗过程,为发展简单可用的诊疗一体化技术奠定了基础。


结果展示

纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

1.  多价探针的合成、靶向并致CD20阳性细胞凋亡及其胞内作用机制示意


纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

图2. 氧化铁纳米颗粒及多价纳米探针的合成和性能表征


纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

图3. 氧化铁纳米颗粒和多价纳米探针诱导细胞凋亡研究



纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

图4. 氧化铁纳米颗粒和多价纳米探针的细胞作用机制研究


纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化

图5 多价纳米探针的体内药代动力学、小鼠恶性淋巴瘤磁共振成像、肿瘤生长抑制、荷瘤鼠生存期和治疗后的组织学特征研究


该项研究工作已经作为封面文章发表在国际期刊 Journal of MaterialsChemistry B上,宋丽娜博士是该论文的第一作者,东南大学生物科学与医学工程学院的张宇和顾宁教授是论文的共同通讯作者。



J.Mater. Chem. B,2020,8, 895-907   https://doi.org/10.1039/C9TB02521A
纳米技术增强美罗华单抗治疗淋巴瘤效果:多价磁性纳米探针诊疗一体化


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新型「仿生」纳米药物递送系统:如何实现细胞外囊泡载药?


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