高大威/楼宏铭团队Chem. Eng. J.：仿生纳米淋巴用于增强抗肿瘤药物递送和水动力治疗效果

材料人编辑小单 2年前 (2022-08-02) 1989浏览

一 导读

纳米药物递送效率低是实体瘤治疗失败的主要潜在原因。据统计，纳米药物在肿瘤部位的积累量不超过总注射剂量的1%，而能通过深层渗透进入到肿瘤中心的纳米药物仅占积累量的2%。极低的药物递送和渗透效率导致纳米药物的临床治疗效果并不显著，也是当前科研和临床药物研发过程中所面临的一大挑战。研究发现，肿瘤部位异常升高的肿瘤间质液压力（Tumor interstitial fluid pressure, TIFP）是纳米药物递送和治疗效果的关键阻碍。这是由于血液通过血管间隙向肿瘤间质灌注时，在肿瘤区缺乏功能性的淋巴管和淋巴液回流，导致肿瘤间质的组织液滞留，无法回流到血液系统，间质压力升高，间质向血液逐渐增大的压力差阻碍了血液向肿瘤间质的持续输注。治疗过程中血液所携带的药物也无法有效递送到肿瘤深层组织，限制了纳米药物的治疗效果。因此，如若能在肿瘤部位构建功能性的淋巴系统，就可以使肿瘤间质液顺利回流到血液，解决由间质液积聚引起的TIFP升高问题，使血液携带药物可以持续不断地运输到肿瘤深层组织，提高药物的靶向积累和疗效。

二 成果掠影

燕山大学高大威团队和华南理工大学楼宏铭团队合作研发了一种仿生型纳米淋巴，通过光/压电耦合催化肿瘤部位间质液分解，从而降低肿瘤部位的间质压力，增强药物渗透效率。首先制备了一种薄片状石墨相氮化碳，并通过光沉积法负载Pt纳米粒子，随后加载化学发光剂鲁米诺和肿瘤细胞膜（见下文图1）。制备的仿生纳米淋巴具有很好的光/压电耦合催化解水性能，能产生超氧阴离子自由基和单线态氧自由基用于杀伤肿瘤细胞（见下文图2）。随着仿生纳米淋巴到达肿瘤部位，过表达的过氧化氢激发鲁米诺产生化学发光，随后发生化学发光共振能量转移，g-C3N4/Pt进行光解水作用，在超声的协同作用下间质液的分解水作用明显增强，肿瘤间质压力降低，肿瘤部位的血液灌注明显增强。随着TIFP的降低，肿瘤部位药物渗透明显增强，最终实现肿瘤的完全治愈（见下文图3）。基于此，作者创新性地通过光/压电耦合降低水的含量来降低肿瘤间质液的体积，使TIFP降低，从而形成负向压力差，打通类似淋巴回流样的血液淋巴循环的路径，使血液携带药物持续向肿瘤组织深层运输进行治疗。本文的第一作者为燕山大学博士生丛聪，共同作者为华南理工大学博士生饶成，该研究成果以“Coupling piezo-photocatalysis to imitate lymphoid reflux for enhancing antitumor hydrodynamics therapy”为题发表在Chemical Engineering Journal上。

三、核心创新点

  1. 1. 利用光/压电耦合催化解水降低肿瘤间质压力，实现纳米药物的快速渗透。
  2. 2. 通过耦合催化增强活性氧自由基的产生，增强纳米药物的抗肿瘤效果。
  3. 增强水动力治疗的治疗效果，为纳米药物的临床转化提供前进的方向。

四、数据概览

图1 (A) g-C3N4, (B) g-C3N4/Pt-luminol, (C) 肿瘤细胞膜和 (D) 仿生纳米淋巴的电镜图。仿生纳米淋巴的 (E) 高分辨电镜图和 (F) 元素分析图

图2 (A) 光/压电耦合催化解水产生活性氧自由基的机制图；(B-C) 活性氧自由基的检测；(D-E) PFM压电性能检测；(F) 仿生纳米淋巴产生活性氧性能的检测；(G) 解水效率

图3 (A) 肿瘤部位血液灌注情况；(B) 肿瘤部位氧气变化情况；(C) 肿瘤部位药物积累

五、总结与展望

综上所述，作者报道了一种增强的水动力治疗策略，纳米淋巴通过光/压电耦合催化肿瘤间质液分解的速率为56.42 μL·h-1·g-1，使使TIFP降低了53.62%，从而使血液灌注明显增强。与不分解间质液的纳米药物相比，纳米淋巴在肿瘤部位的积累量提高了18.78倍。此外，ROS和Pt (II)具有较强的肿瘤清除活性。该策略为耦合压电/光催化分解间质液以降低TIFP和增强肿瘤内给药提供了更深入的见解，为纳米催化医学开辟了一个新的方向。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137981

DOI：10.1016/j.cej.2022.137981

 

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