劉 銳,王小巍 ,張紅艷,王東凱*
(1. 沈陽藥科大學(xué) 藥學(xué)院,遼寧 沈陽 110016;2. 沈陽藥科大學(xué) 中藥學(xué)院,遼寧 沈陽 110016)
近幾年,全球范圍內(nèi)腫瘤的發(fā)病率逐年上升,癌癥已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類健康的疾病之一。因此,抗腫瘤藥物的研制刻不容緩。目前,以分子靶向藥物,單克隆抗體為代表的一系列創(chuàng)新藥物的臨床應(yīng)用極大地提高了腫瘤的治療效果[1]。但由于腫瘤組織的特殊構(gòu)造以及傳統(tǒng)抗腫瘤藥物靶向性差的特點(diǎn),加大了抗腫瘤藥物研發(fā)的難點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),納米醫(yī)學(xué)為解決這一問題提供了新的思路。納米粒具有粒徑小和表面功能穩(wěn)定的優(yōu)勢,為靶向腫瘤微環(huán)境提供了可能[2],同時(shí)這種方法也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)化療藥物的局限性,為藥物能夠靶向腫瘤細(xì)胞提供了一個(gè)理想的平臺(tái)[3]。
普魯士藍(lán)(Prussian blue, PB,圖 1)是混價(jià)過渡金屬六氰基鐵酸鹽(Fe3+4[Fe2+(CN)6]3·nH2O)的原型,是一種深藍(lán)色顏料[4]。在普魯士藍(lán)的組成結(jié)構(gòu)中,二價(jià)鐵和三價(jià)鐵離子之間以氰基相連,具有均一的晶格構(gòu)造[5]。這種晶格構(gòu)造使 PB 具有光物理、電化學(xué)和電致變色等優(yōu)異的特殊性能。同時(shí) PB 具有合成過程簡單、所需原料價(jià)格低廉等優(yōu)勢;更重要的是 PB 具有高生物相容性,是FDA 批準(zhǔn)的臨床上用于治療放射性中毒的藥物[6]。
Fig. 1 Iron hexacyanoferrate reacts with Fe2+ to form soluble PB compound [10]圖 1 六氰亞鐵與Fe2+反應(yīng)生成可溶性PB 化合物[10]
據(jù)研究顯示,PB 納米微粒具有靶向作用,可以通過實(shí)體瘤內(nèi)高通透性和滯留效應(yīng)(enhanced permeability and retention effect, EPR)被動(dòng)靶向到腫瘤部位[7];而且,PB 結(jié)構(gòu)中的 Fe3+和 Fe2+之間的電荷轉(zhuǎn)移,使 PB 在 NIR 區(qū)域顯示出強(qiáng)烈的近紅外吸收[8],因此在遞送藥物的同時(shí)還可以進(jìn)行成像。此外,PB 納米微粒的化學(xué)穩(wěn)定性相對較高,具有較高的生物安全性。上述相關(guān)研究為 PB 作為納米載體在腫瘤治療中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)[9]。
近紅外光熱治療是借助特殊納米材料在 NIR 區(qū)域有吸收的特性,將吸收的近紅外光能轉(zhuǎn)化為熱能從而殺死癌細(xì)胞的治療手段。由于近紅外光對人體的損害小,同時(shí)通過調(diào)節(jié)外部激光照射時(shí)的位置以及功率大小,可以準(zhǔn)確定位并作用于腫瘤[11]。理想的光熱材料應(yīng)該具有光熱轉(zhuǎn)化效率高,可在腫瘤部位積累等特點(diǎn)。目前常用的光熱材料有:金納米材料、碳納米材料、有機(jī)光吸收劑等。PB 由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)使其具有近紅外區(qū)的光吸收特性[12],已經(jīng)成為新型激光引導(dǎo)試劑,被廣泛研究于腫瘤消融的應(yīng)用中。
Xue 等[13]通過薄膜水合法將油酸修飾后的疏水性 PB 負(fù)載到聚乙二醇形成的納米“膠囊”中,制備了一種聚乙二醇修飾的磁性普魯士藍(lán)核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子(Fe3O4@PB/PEG/DOX)用于靶向光熱消融。這種納米粒子在 808 nm 激光照射下溫度可以升到 48 ℃,該溫度被證明是腫瘤的消融溫度[14],實(shí)驗(yàn)中采用周期性激光照射的方法考察了納米粒子的光熱穩(wěn)定性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)連續(xù)4 個(gè)照射周期內(nèi),峰值溫度無明顯變化,這些都可以說明 PB 作為光熱劑具有良好的光熱轉(zhuǎn)化效率和光熱穩(wěn)定性。
Cheng 等[15]通過靜電吸附作用將合成的立方體 PB 表面包覆聚乙二醇(Prussian blue polyethylene glycol, PB-PEG NCs),該納米粒在各種生理溶液中都具有很高穩(wěn)定性。利用 PB 近紅外吸收的特性,進(jìn)行體內(nèi)腫瘤治療。將 PB-PEG NCs 注射進(jìn)腫瘤模型小鼠,然后用近紅外激光照射腫瘤,與注射生理鹽水組的小鼠相比,注射納米粒小鼠的腫瘤大小明顯降低。并且,在測試的劑量下,PB-PEG NCs 在兩個(gè)月內(nèi)對小鼠沒有明顯的毒性。這也再一次證明 PB 納米材料具有較高的生物相容性,可以作為光熱轉(zhuǎn)換劑用于腫瘤光熱治療。
基因治療是通過引入外源性核酸永久或暫時(shí)取代缺陷基因的一種新興技術(shù)[16]。腫瘤的基因治療是指將目的基因?qū)胧荏w體內(nèi)有關(guān)的靶細(xì)胞內(nèi),使其發(fā)揮特定的功能,從而執(zhí)行或介導(dǎo)對腫瘤的殺傷和抑制作用[17]。而基因治療藥物存在被體內(nèi)的核酸酶降解和靶向性差的問題,納米載體為此提供了解決方案。
Liu 等[18]設(shè)計(jì)了一種多功能 PB 納米熱敏平臺(tái),首先將 PB 表面包覆一層聚乙酰亞胺,使其表面呈正電荷,然后通過靜電作用將顯負(fù)電荷的具有治療作用的質(zhì)粒 DNA(HSP70-P53-GFP)負(fù)載到 PB 上。研究結(jié)果表明,負(fù)載質(zhì)粒的 PB NCs 具有良好的形態(tài)特征,并且在弱近紅外激光照射下,產(chǎn)生的熱效應(yīng)能夠誘導(dǎo) HSP70 啟動(dòng)子調(diào)控真核表達(dá)質(zhì)粒中目的基因 p53 的表達(dá)效率,從而殺滅腫瘤細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)了基因治療與光熱治療的協(xié)同作用。
Wang 等[19]使用 PB 作為納米載體,將一種 DNA 藥物導(dǎo)入癌細(xì)胞,這種 DNA 藥物是一種核苷酸(decoyoligodeoxyuncleotide, dODN),可抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子 3(signal transducer and acyivator of transcripyion, STAT3)。結(jié)果表明 dODN 分子成功的進(jìn)入到腫瘤細(xì)胞,并且可以在細(xì)胞內(nèi)的胞質(zhì)區(qū)和核區(qū)均勻分布。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)隨著 dODN 與 PBNPs 的結(jié)合量以及 DNAPBNPs 藥物的內(nèi)化劑量的增加,對腫瘤細(xì)胞的殺傷能力增強(qiáng)。
化學(xué)治療是指利用化學(xué)藥物殺死腫瘤細(xì)胞從而達(dá)到腫瘤治療的方式,是目前腫瘤治療最有效的手段之一[20]。多項(xiàng)研究表明納米載體利用納米材料特有的生物學(xué)效應(yīng)—EPR 效應(yīng),有助于化學(xué)藥物到達(dá)腫瘤部位。這種效應(yīng)能夠?qū)⒓{米載體被動(dòng)靶向運(yùn)輸?shù)侥[瘤組織,有利于負(fù)載在納米載體上的藥物發(fā)揮抗腫瘤作用。
Jing 等[21]將 10-羥基喜樹堿負(fù)載到透明質(zhì)酸接枝聚乙二醇修飾的普魯士藍(lán)中空納米顆粒中。通過對腫瘤小鼠體質(zhì)量變化、組織學(xué)損傷和血液生化指標(biāo)的研究,結(jié)果表明該納米制劑具有良好的生物相容性。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均證明,負(fù)載 10-羥基喜樹堿的透明質(zhì)酸修飾普魯士藍(lán)納米??梢詫⒛[瘤藥物靶向性地運(yùn)輸?shù)侥[瘤細(xì)胞中,并且表現(xiàn)出光熱化學(xué)聯(lián)合治療的優(yōu)勢,與單獨(dú)使用任何一種治療方式相比,具有更好的療效。
Chen 等[22]通過疏水作用將藥物阿霉素(doxorubicin, DOX)包埋在聚乙二醇基化的 PB 納米粒子中,形成聚乙二醇化的 PB-DOX 納米粒子。研究表明該納米粒具有高包封率和載藥量,并且聚乙二醇有良好的生物相容性和低細(xì)胞毒性,可以將更多的阿霉素運(yùn)輸?shù)侥[瘤組織中,達(dá)到化學(xué)藥物靶向治療腫瘤的效果。
磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)是根據(jù)生物磁性核(氫核)在磁場中表現(xiàn)的特性進(jìn)行成像的新技術(shù)[23]。因 MRI 具有良好的軟組織分辨率、多方位成像、多參數(shù)功能成像等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為腫瘤診斷的重要影像學(xué)檢查方法[24]。而在臨床癌癥檢查中為了提高病變部位與正常組織的成像對比度,常會(huì)使用到造影劑改變馳豫時(shí)間。普魯士藍(lán)中存在 Fe2+和 Fe3+混合價(jià)態(tài)的六氰合鐵酸鹽,每個(gè)結(jié)構(gòu)單元中存在 5 個(gè)未配對電子。這種特殊的結(jié)構(gòu),可以縮短 MRI 的橫向或縱向弛豫時(shí)間,從而提高成像的對比度,故 PB 可作為造影劑應(yīng)用于磁共振成像中[17]。
Fu 等[25]研制出了一種超順磁性 Fe3O4納米核周圍生長 3~6 nm 普魯士藍(lán)(PB)納米殼的核-殼納米粒用于磁共振成像。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證明,空白納米??稍鰪?qiáng) T2 加權(quán)磁共振成像的對比度。而具有 Pb 納米殼結(jié)構(gòu)的納米粒有著更強(qiáng)的磁共振呈像的作用。Cheng 等[15]開發(fā)出基于普魯士藍(lán)結(jié)構(gòu)的納米立方體,不僅具有光熱治療的效果,而且可用于體內(nèi)T1 加權(quán)磁共振成像。綜上可知 PB 為腫瘤成像引導(dǎo)的癌癥治療創(chuàng)造了巨大前景。
光聲成像(photoacoustic imaging, PAI)是近年來迅速發(fā)展起來的一種依賴于生物組織光吸收的無創(chuàng)、低成本的成像技術(shù),可以彌補(bǔ)現(xiàn)有成像模式的缺陷,并提供目前無法獲得的診斷信息[26]。光聲成像的原理如下,當(dāng)激光照射生物組織時(shí),組織吸收能量,同時(shí)受熱膨脹產(chǎn)生壓力變化,進(jìn)而激發(fā)聲波,產(chǎn)生光聲信號(hào),最終成像[27]。由于 PB 在近紅外區(qū)域有著強(qiáng)吸收,因此可以作為光聲成像的造影劑。
Cheng 等[28]以成像和治療效果一體化為目標(biāo),構(gòu)建了一種同時(shí)具有 PAI 和光熱治療(photothermal therapy, PTT)良好性能的載藥系統(tǒng)。該系統(tǒng)將 PB 裝載于 pH 響應(yīng)性水凝膠中,這種水凝膠只有在酸性條件下降解。伴隨著水凝膠的降解,PB 在腫瘤部位聚集,在近紅外燈的照射下,聚集的 PB 有著良好的 PAI 性能,從而發(fā)揮成像的功能。
普魯士藍(lán)作為 FDA 批準(zhǔn)的治療鉈和銫等重金屬中毒的口服藥物,由于其良好的生物相容性和可靠的臨床安全性,如今已經(jīng)被開發(fā)成為一種新型納米載體,廣泛用于光熱治療、化學(xué)治療、基因治療、腫瘤磁共振和光聲成像。相信隨著研究的不斷深入,早日實(shí)現(xiàn)普魯士藍(lán)的臨床應(yīng)用。
中國藥劑學(xué)雜志(網(wǎng)絡(luò)版)2021年2期