在此协议中,多索鲁比辛加载 AS1411-g-PEI-g-PEG 改性金纳米粒子通过三步阿米内反应合成。然后,多索鲁比辛被加载并交付给靶向癌细胞进行癌症治疗。
由于健康细胞的耐药性和毒性,多索鲁比辛(DOX)在临床癌症治疗中的使用受到限制。该协议描述了用聚乙二醇(PEI-g-PEG)二甘醇(PEI-g-PEG)共聚聚(乙二烯氨酸)嫁接的聚(乙二烯氨酸)与加载的阿普塔默(AS1411)和DOX通过阿米特反应进行功能化金纳米粒子(AuNPs)的设计。AS1411与癌细胞上的靶向核素受体特别结合,使DOX针对的是癌细胞而不是健康细胞。首先,PEG 是盒装的,然后嫁接到分支 PEI 以获得 PEI-g-PEG 聚合物,这一点由 1H NMR 分析确认。其次,PEI-g-PEG copolymer 涂层金纳米粒子 (PEI-g-PEG@AuNPs) 进行合成,DOX 和 AS1411 通过阿米德反应逐渐与 AuNP 粘合。制备的 AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs直径为 39.9 nm,Zeta 电位为 -29.3 mV,表明纳米粒子在水和细胞介质中是稳定的。细胞毒性检测表明,新设计的DOX加载的AuNPs能够杀死癌细胞(A549)。这种合成展示了PEI-g-PEG共聚物、贴花和DOX在AuNP上的微妙排列,这些排列是通过连续的阿米德反应实现的。这种阿普塔默-PEI-g-PEG功能化的 AuNP 为癌症治疗中的靶向药物输送提供了一个很有前途的平台。
癌症是世界性的主要公共卫生问题,其广泛特征是治愈率低、复发率高、死亡率高。目前传统的抗癌方法包括手术、化疗和放疗3种,其中化疗是4号诊所癌症患者的主要治疗方法。临床使用的抗癌药物主要包括帕利塔塞尔(PTX)5和多索鲁比辛(DOX)6,7。DOX,一种抗肿瘤药物,由于癌症细胞毒性和抑制癌细胞增殖8,9的优点,已广泛应用于临床化疗。然而,DOX导致心毒性10,11,和DOX的短半生限制其应用在诊所12。因此,需要降解的药物携带者以可控的方式将 DOX 加载并以子等方式释放到目标区域。
纳米粒子已广泛应用于靶向药物输送系统,在癌症治疗方面具有若干优势(即表面与体积比大、体积小、封装各种药物的能力、可调谐表面化学等)。13,14,15.特别是金纳米粒子(AuNPs)已广泛应用于生物和生物医学应用,如光热癌治疗16,17。AuNPs的独特特性,如简体合成和一般表面功能化,在癌症治疗18的临床领域具有良好的前景。此外,AuNP已经被用来识别药物输送策略,诊断肿瘤,并克服阻力在许多研究19,20。
尽管如此,AuNP 需要进一步定制,通过增强渗透和保留 (EPR)(如靶向和辅助功能)在肿瘤病变时高局部释放来克服耐药性。聚合物功能化 AuNP 具有独特的优势,如疏水抗癌药物水溶解性提高,循环时间延长21、22。各种生物相容聚合物已用于 AuNP 涂料,如聚乙二醇 (PEG)、聚乙烯胺 (PEI)、透明质酸、肝素和黄豆胶。然后,AuNP的稳定性和有效载荷得到很好的改善。具体来说,PEI是一种高度分支的聚合物,由许多重复单位的初级,二级和三级胺24组成。PEI 具有极好的溶解度、低粘度和高功能性,适合涂在 AuNPs 上。
另一方面,抗癌药物需要直接输送到癌细胞,提高负荷效率,降低毒性,治疗原发性肿瘤和晚期转移性肿瘤25。靶向配体具有巨大的潜力,抗癌药物靶向输送系统26。其靶分子结合的选择性赋予抗癌药物针对特异性,并增加药物在病组织中的丰富性27。更多的配体包括抗体、多肽和小分子。与其他配体相比,核酸贴合剂可以在体外合成,易于修改。AS1411是一种未经改性26b磷化物寡核苷酸,形成稳定的二元G-四聚氰胺结构,专门与癌细胞28、29、30上过度表达的目标核蛋白受体结合。AS1411抑制许多癌细胞的增殖,但不影响健康细胞31,32的生长。因此,AS1411 被用来制造理想的有针对性的药物输送系统。
在这项研究中,PEI-g-PEG共聚物通过阿米德反应合成,然后制造PEI-g-PEG共聚物涂层金纳米粒子(PEI-g-PEG@AuNPs)。此外,DOX 和 AS1411 与准备好的 PEI-g-PEG@AuNPs有顺序链接,如 图 1所示。此详细的协议旨在帮助研究人员避免与制造装有 DOX 和 AS1411 的新 PEI-g-PEG@AuNPs相关的许多常见陷阱。
1H NMR光谱(图2)确认CT-PEG共聚合体和PEI-g-PEG共聚合体的成功合成。PEG和PEI的分子量分别为1,000和1,200。此外,EDC/NHS催化系统还用于通过阿米德反应合成PEI-g-PEG共聚物。需要注意的是,如果PEG和PEI的分子量因合成PEI-g-PEG共聚物而发生变化,则需要重新评估反应时间和催化系统。此外,需要进一步调整AUNPs上PEI-g-PEG共聚合体涂层的反应条件,主要是因为PEG-g-PEI聚合体?…
The authors have nothing to disclose.
本研究由中国国家自然科学基金委员会(31700840)资助:河南省重点科研项目(18B430013,18A150049)。这项研究得到了南湖青年学者项目的支持。作者要感谢来自XYNU生命科学学院的本科生曲泽波的乐于助人的作品。作者希望确认XYNU的分析和测试中心使用他们的设备。
4-Dimethylaminopyridine | Macklin | D807273 | |
A549 cell | ATCC CCL-185TM | ||
AS1411 | BBI Life Sciences Corporation | 5'-d (TTTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG) FL-AS1411 (fluorophore-labeled AS1411) | |
Anhydrous Tetrahydrofuran (THF) | SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd | ||
Cell counting kit-8 (CCK-8) | Sigma Aldrich | 96992-500TESTS-F | |
Dichloromethane | Traditional Chinese medicine | 80047318 | |
Diethyl ether (Et2O) | SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd | ||
Dimethyl sulfoxide | Macklin | D806645 | |
Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) | Sigma Aldrich | ||
Doxorubicin hydrochloride | Rhawn | R017518 | |
Ether absolute | Traditional Chinese medicine | 80059618 | |
Field Emission Transmission Electron Microscope | FEI Company | Tecnai G2 F 20 | |
Gold(III) chloride trihydrate | Rhawn | R016035 | |
Laser Particle-size Instrument | Malvern Instruments Ltd | ZetasizerNanoZS/Masterszer3000E | |
Microplate Reader | Molecular Devices | SpectraMax 190 | |
N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride | Macklin | N808856 | |
N-Hydroxysuccinimide | Macklin | H6231 | |
NMR software | Delta 5.2.1 | ||
Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer | JEOL | JNM-ECZ600R/S3 | |
Origin 8.5 | OriginLab | ||
Penicillin | Sigma Aldrich | V900929-100ML | |
Phosphate-buffered saline | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | |
Poly(ethylene glycol) | Sigma Aldrich | 81188 | BioUltra, average Mn ~ 1000 |
Poly (ethyleneimine) solution | Sigma Aldrich | 482595 | average Mn ~ 1200, 50 wt.% in H2O |
Sodium borohydride, powder | Acros | C18930 | |
Streptomycin | Sigma Aldrich | 85886-10ML | |
Succinic anhydride | Traditional Chinese medicine | 30171826 | |
Tetrahydrofuran | Traditional Chinese medicine | 40058161 | |
Triethylamine | Traditional Chinese medicine | 80134318 | |
UV/VIS/NIR Spectrometer | Lambda950 | Lambda950 | |
X-ray Photoelectron Spectrometer | Thermo Fisher Scientific | K-ALPHA 0.5EV |