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苏州医工所检验室在开发天然中药作为化疗药物的研究上取得进展
发表日期: 2017-08-24 作者: 王政
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  肝癌是一种恐怖的致死性疾病,平均每年死于肝癌的患者达近百万人。化疗是术后患者常用的辅助治疗手段,同时也为不能手术的患者提供了有效的治疗途径,因此,化疗在肝癌的治疗中占有重要的地位。然而,由于耐药性问题,目前临床上使用的化疗药物的治疗效果并不理想。而且,由于传统的化疗方式缺乏特异性,因此患者承受了如腹痛,腹水,恶心呕吐,黄疸等一系列的毒副反应。因此,临床上急需开发新的化疗药物以提高肝癌的治疗效果并同时降低治疗过程中所引起的系统毒性。 

  近些年来,一些传统的天然中草药由于其独特的生物活性,而引起了科学家们的关注。黄连素是一种异喹啉生物碱,提取于中草药黄连黄柏的根茎,具有广泛的药理学作用。在传统的中医治疗中,常被用于治疗胃肠道疾病。随着对黄连素研究的深入,科学家们发现黄连素具有很好的抗肿瘤效果。黄连素可以通过抑制肝癌细胞中的磷脂酶(cPLA2)和环氧酶(COX)-2的表达并上调黄胜四烯酸(AA)与前列腺素的比例E2PGE2),进而引起细胞凋亡诱导因子(AIF)介导的细胞凋亡,杀死肿瘤细胞并抑制癌症的复发。此外,黄连素对正常组织具有较低的毒性。因此,黄连素在癌症的治疗上具有极好的应用前景。然而,胃肠道吸收差,生物利用低限制了黄连素在临床上的进一步使用。因此,开发高效的药物载体以提高黄连素进入肿瘤细胞的含量,显得尤为重要。 

  最近,苏州医工所检验室董文飞研究员课题组的王政等人开发出一种纳米粒子——Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子。利用该粒子担载黄连素,成功地提高了肿瘤细胞内黄连素的含量,并通过外加磁场的作用,进一步增强了黄连素的抗肿瘤效果。 

  Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子具有理化性质稳定,毒性低,生物相容性好,可修饰性强等优势。与传统球型核壳结构的磁介孔二氧化硅纳米粒子相比,Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子由于结构的特殊性,磁头和介孔棒功能上不会相互干扰,在表现出较高的饱和磁化强度的同时具备载药容量大、细胞内吞能力强等特点。因此,非常适合作为化疗药物的载体。 

  本课题组通过实验,探究了Janus型磁介孔二氧化硅作为黄连素药物载体的应用价值。实验结果表明,我们研究制备的纳米粒子具有均一的形貌,高的磁性能和极好的介孔性质。在肝癌细胞和正常细胞中,空载的纳米粒子均表现了较低的毒性和极好的细胞内吞效果。我们利用这种纳米粒子担载黄连素,其24小时载药量高达20.7%,并呈现pH响应性释药的特征。相比于单纯的黄连素,相同剂量的磁介孔载黄连素对肝癌细胞展现了更强的杀伤作用,而对于人正常细胞,磁介孔载黄连素的毒性更低。有趣的是,在外加磁场的作用下,该纳米载药系对人肝癌细胞的抑制作用被进一步增强,而对正常细胞的作用效果不明显。我们通过共聚焦显微镜研究了这种现象的作用机制,发现了在人肝癌细胞中,磁介孔载黄连素组中细胞内黄连素明显多于单纯黄连素组,而外加磁场组中细胞内黄连素的量最多。而在人正常细胞中,该纳米载药系统的释放黄连素的量明显少于单纯黄连素组。这种选择性的释放解释了该纳米载药系统高效低毒的作用效果。综上所述,我们的实验证明了Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子是黄连素的优良载体,同时该研究也为利用天然中草药开发有效安全的化疗药物提供了新的思路。相关工作已发表在Chemical biology﹠Drug design 2016; 1–6 SCI, IF=2.396 

  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/cbdd.12866/full

 

  1Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子的形貌性质的表征a)透射电镜b扫描电镜c)磁滞回线 d)氮气脱附吸附曲线。如图所示,该纳米粒子展现了均一的形貌,高的磁性能和极好的介孔性质。 

 

  2Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子在肿瘤细胞中细胞内吞作用的研究a) 共聚焦显微镜b)生物电镜。由此可见,该纳米粒子具有细胞内吞作用强的特点。 

  3Janus磁介孔二氧化硅纳米粒子担载黄连素对人肝癌细胞HepG2a)和人正常肝细胞HL-7702b)的杀伤作用。如图所示,相比于单纯黄连素,Janus型磁介孔二氧化硅纳米载黄连素对肿瘤细胞杀伤效果更强。且外加磁场可以明显地提高该载药系统的抗肿瘤效果。而在正常细胞中,该纳米载药系毒性低于单纯黄连素组。这表明该纳米载药系统对肿瘤细胞和正常细胞具有选择性的杀伤作用。 

   4Janus型磁介孔二氧化硅载药系统在人肝癌细胞HepG2a)和人正常肝细胞HL-7702b)中的释放情况。如果所示,在肿瘤细胞中,磁介孔载黄连素组中黄连素进入细胞的量多于单纯黄连素组,而外加磁场组,细胞中黄连素的量最多。而在正常细胞中,磁介孔载药组与磁介孔载药加外加磁场组的黄连素均少于单纯黄连素组。这说明该纳米载药系统高效低毒的治疗效果是由磁场诱导细胞内吞和pH响应性释放共同作用产生的结果。 

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