劉震教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道基于納米分子印跡聚合物的蛋白藥物遞送系統(tǒng)
蛋白質(zhì)療法是指基于外源蛋白質(zhì)或多肽等生物分子而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生物學(xué)功能的調(diào)控、疾病的治療等作用。相比于基因/化學(xué)治療，蛋白質(zhì)療法不會(huì)引起永久性的基因改變和嚴(yán)重的不良反應(yīng)。這樣，蛋白質(zhì)療法在抗腫瘤治療領(lǐng)域有著不可替代的地位。然而，由于蛋白質(zhì)自身的獨(dú)特屬性，比如：大尺寸、親水性、膜不通透性和易降解等特點(diǎn)。迄今為止，所有臨床批準(zhǔn)的蛋白質(zhì)藥物靶點(diǎn)僅限于細(xì)胞外環(huán)境中的配體或細(xì)胞表面的疾病靶點(diǎn)。考慮到人類~70%的蛋白質(zhì)是在細(xì)胞內(nèi)的事實(shí)，近年來(lái)一些納米載體(脂質(zhì)體、聚合物，納米材料等)已被開(kāi)發(fā)用于蛋白質(zhì)胞內(nèi)傳遞。但如何實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞內(nèi)蛋白傳遞仍然存在一些挑戰(zhàn)：1)傳統(tǒng)的傳遞以細(xì)胞胞吞方式進(jìn)入細(xì)胞，但是大多數(shù)蛋困于溶酶體中，導(dǎo)致蛋白降解失活;?2) 載體進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn)，如何有效的釋放活性蛋白藥物也是一個(gè)難點(diǎn)。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)在生物學(xué)條件下可以將蛋白質(zhì)有效遞送至細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定載體系統(tǒng)。研究表明，分子印跡聚合物(MIP)是一個(gè)有潛力的納米載體，但目前用于靶向細(xì)胞內(nèi)蛋白傳遞尚未報(bào)道。
鑒于此，我院劉震教授團(tuán)隊(duì)在前期研究的基礎(chǔ)上(Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 10211-10215; Nat. Protoc.2017, 12, 964-987; Angew. Chem. Int. Ed.2019, 58, 10621-10625; Angew. Chem. Int. Ed.2021,60, 2663-2667)，發(fā)展出以一種可生物降解的納米分子印跡聚合物為載體的蛋白藥物遞送系統(tǒng)。該納米載體具有高負(fù)載量(包封率~64%)和良好的穩(wěn)定性，并能夠靶向傳遞、溶酶體逃逸、可控釋放活性蛋白質(zhì)藥物等功能，有效破解了蛋白質(zhì)胞內(nèi)遞送的障礙，為生物大分子在細(xì)胞內(nèi)傳遞提供了一個(gè)全新的工具。
在該研究中，作者選擇核糖核酸酶A(RNase A)為模型蛋白，通過(guò)反向微乳液制備了RNase A 被包裹的生物可降解硅納米粒子(RNase A@BS-NPs)，并進(jìn)一步通過(guò)硼親和可控定向表面印跡在其表面修飾一層唾液酸(SA)印跡層，致使其能夠靶向過(guò)表達(dá)SA腫瘤細(xì)胞并促進(jìn)其內(nèi)化。一旦進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，還原性微環(huán)境(GSH, 1-10 mM)觸發(fā)SA印跡的?RNase A@BS-NPs降解，隨后釋放裝載的蛋白藥物，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡(圖1)。?
圖1 生物可降解分子印跡聚合物用于靶向細(xì)胞內(nèi)蛋白遞送示意圖
接下來(lái)，作者考察了SA印跡的?RNase A@BS-NPs的體外降解行為和蛋白釋放效果。結(jié)果表明，SA印跡的?RNase A@BS-NPs在模擬的正常生理環(huán)境下具有良好的穩(wěn)定性，而在高濃度的GSH還原條件下，二硫鍵打開(kāi)，導(dǎo)致納米載體逐漸降解?，并且在與GSH共孵育48 h后，RNase A累計(jì)釋放量達(dá)到~78% (圖2)。
2 SA印跡的?RNase A@BS-NPs的體外降解行為以及蛋白釋放
在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)層面，作者以L02細(xì)胞為對(duì)照，首先研究了SA印跡?RNase A@BS-NPs對(duì)HepG2細(xì)胞的靶向能力，并進(jìn)一步研究了HepG2細(xì)胞對(duì)其攝取水平和溶酶體逃逸能力。?這些結(jié)果表明，SA印跡的RNase A@BS-NPs能夠特異性靶向過(guò)表達(dá)SA的腫瘤細(xì)胞并且顯著提高了腫瘤細(xì)胞對(duì)其的攝取水平(圖3)。
3 SA印跡的FITCRNase A@BS-NPs的細(xì)胞靶向與攝取
最后，作者通過(guò)荷瘤小鼠體內(nèi)模型表明SA印跡的NIR797RNase A@BS-NPs能夠靶向腫瘤組織并且在腫瘤部位有效積累(圖4). 研究也發(fā)現(xiàn)SA印跡的RNase A@BS-NPs具有良好的體內(nèi)治療效果，同時(shí)，小鼠的體重監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也表明了該納米載體具有較高的生物安全性(圖5)。?
?圖4 SA印跡的NIR797RNase A@BS-NPs的體內(nèi)生物分布
5 SA印跡的RNase A@BS-NPs的體內(nèi)治療效果
綜上所述，該論文立足于腫瘤微環(huán)境響應(yīng)的生物可降解分子印跡聚合物，實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的靶向遞送和可控的藥物釋放，為MIP材料在抗腫瘤治療領(lǐng)域的應(yīng)用提供新的范例。這一研究成果近期發(fā)表在ACS Nano雜志上，我院劉震教授為本文的通訊作者，我院博士研究生盧海峰為文章的第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、南京大學(xué)卓越計(jì)劃等的經(jīng)費(fèi)資助。
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論文信息
Redox-Responsive Molecularly ImprintedNanoparticles for Targeted IntracellularDelivery of Protein toward Cancer Therapy
Haifeng Lu, Shuxin Xu, Zhanchen Guo, Menghuan Zhao, and Zhen Liu.
ACS Nano, 2021, DOI:10.1021/acsnano.1c07166.
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全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c07166
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