Nature子刊:抗癌新突破!通過脹破溶酶體而撐死癌細胞!

2020-11-24 生物谷

2020年4月5日訊 /

生物谷

BIOON /——

納米

顆粒表面覆蓋著帶正電和負電的配體混合物，聚集在癌細胞溶酶體的超配體中，破壞溶酶體膜的完整性，殺死細胞，但不涉及任何抗癌藥物。


納米

醫學在促進疾病的診斷和治療方面顯示出巨大的潛力。為此，將治療

診斷

試劑裝載到

納米

顆粒上和/或進入納米顆粒，以增加其溶解度，同時延長血液循環，以便更有效地將藥物輸送到病變部位。此外，通過優化

載體

的大小、形狀和表面性質，可以提高藥物的藥代動力學和靶向效率。目前，許多基於納米顆粒的給藥系統已被批准用於腫瘤治療，還有更多的系統正在進行

臨床試驗

或臨床前評估。然而，臨床轉化的挑戰依然存在，例如，脫靶毒性。儘管進行了大量的研究工作，但系統給藥的納米顆粒中只有很小一部分(通常低於1%)能進入實體

腫瘤

。其餘部分攜帶有毒藥物到健康的組織和器官，造成脫靶毒性和有害的副作用。

圖片來源：https://cn.bing.com


因此，迫切需要探索新的戰略，要麼顯示出更好的靶向性，要麼根本不含有毒藥物。Borkowska等人在《Nature Nanotechnology》雜誌上發表的文章中提出了一種"無藥"策略，通過控制溶酶體中惰性金納米顆粒的聚集狀態來殺死癌細胞。


溶酶體是廢物處理的細胞器，它接收並消化來自細胞內外的貨物。未消化物質的積累會導致溶酶體膨脹，從而增加溶酶體膜的通透性，最終導致細胞死亡。因此，溶酶體通過操縱貨物的聚集狀態，例如惰性納米顆粒，為癌症治療提供了一個靶點。根據Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek (DLVO)理論，納米粒子的聚集狀態強烈依賴於長距離的靜電斥力，這種斥力對粒子表面的電荷以及介質的離子強度和pH值非常敏感。這些參數都可以用來控制納米粒子的聚集狀態。由於

腫瘤

組織的酸性(pH = 6.5-6.9)比健康組織(pH≈7.4)強，而溶酶體的酸性更強(pH≈4.8) ，因此為合理工程納米顆粒的表面電荷與細胞相互作用時操縱他們的聚合行為提供了激活。


為了實現這一概念，Borkowska等人通過在5納米的金納米顆粒表面分別用帶正電荷的N、N、N-三甲基(11-巰基癸基)氯化銨(TMA)和帶負電荷的11-巰基癸酸(MUA)對其表面進行修飾，製備了具有混合表面電荷的納米顆粒(圖1b)。納米顆粒以4：1（TMA：MUA）的比例混合後可以在含有10%的胎牛血清的水溶液中對pH響應發生聚集，在pH = 4.5 - -5.5的時候可以聚集到2 μm。值得注意的是，這些納米顆粒與癌細胞培養時表現出類似的行為。它們在細胞表面迅速聚集成簇，細胞外pH值約為6.5。形成的團簇被內吞，然後在酸性更強的溶酶體中凝聚成更大的顆粒。


金納米顆粒的大量聚集減慢了溶酶體的運動，使它們難以通過胞吐清除。此外，納米顆粒聚集物增加了溶酶體內部的滲透壓，迫使溶酶體膨脹。腫脹增加溶酶體膜的通透性，最終導致細胞死亡；值得注意的是，這一策略對13種不同類型的癌細胞有效，包括肉瘤、

乳腺癌

、前列腺癌和肺癌，以及

黑色素瘤

。相比之下，由於健康組織的中性細胞外環境，健康細胞不受影響。相反，納米顆粒通過胞吐作用被清除，不會對正常細胞造成傷害。


Borkowska等人的研究表明，只有TMA與MUA比例為4：1的納米顆粒才能通過pH引發的聚集選擇性殺傷癌細胞。僅覆蓋陽離子配體的納米粒子對癌變細胞和健康細胞都有細胞毒性。這可以解釋為，純粹的陽離子納米顆粒可以通過直接的膜滲透輕易地進入這兩種類型的細胞，使質膜具有滲透性。帶有越來越多負離子配體的納米粒子失去了細胞毒性，因為它們不能很好地附著在帶負電荷的質膜上，使得它們很難被內化。

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這種癌症治療方法只涉及生物惰性和基本生物相容性金納米顆粒。治療的力量來自由細胞周圍和溶酶體的物理化學微環境的變化所觸發的納米顆粒的聚集。因此，通過設計，傳統療法不可避免的不良影響可能被消除。此外，溶酶體細胞死亡提供了一種不同於大多數抗癌藥物所利用的殺死癌細胞的機制，這可能為對付耐藥性提供了一種新的可能性。


儘管混合電荷納米粒子在體外選擇性殺傷癌細胞的性能令人鼓舞，但要實現臨床轉化還有很長的路要走。首先，需要在體內證明其有效性，這將是一個重大的挑戰，因為納米顆粒的聚集對pH值非常敏感，而且在體內的生物環境更加複雜。此外，在疾病治療後清除體內的超製品也是一個值得關注的問題。一種可能的替代方法是使用生物可降解聚合物代替金納米顆粒。然而，精確地修飾聚合物納米顆粒的表面以達到特定比例的混合表面電荷將增加一個新的挑戰。此外，混合電荷納米粒子pH敏感性聚集的機制仍需充分了解。帶正電的配體、帶負電的配體和蛋白冠的明確作用都有待闡明和論證。從體外數據來看，通過利用依賴pH的納米顆粒聚集有選擇地殺死癌細胞，為推進癌症治療提供了一種有前途的策略，並為潛在的疾病治療打開了大門，而不涉及與有毒藥物相關的不良後果。（生物谷Bioon.com）


參考資料：



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