Synthese von Aptamer-PEI-g-PEG Modifizierte Gold-Nanopartikel, die mit Doxorubicin für die gezielte Arzneimittelabgabe geladen werden

Als das größte Problem der öffentlichen Gesundheit weltweit, Krebs wird weithin als mit einer niedrigen Heilungsrate, hohe Rezidivrate und hohe Sterblichkeitsrate^1,2gekennzeichnet. Aktuelle konventionelle Anti-Krebs-Methoden umfassen Chirurgie, Chemotherapie und Strahlentherapie³, unter denen Chemotherapie ist die primäre Behandlung für Krebspatienten in der Klinik⁴. Klinisch verwendete Anti-Krebs-Medikamente gehören hauptsächlich Paclitaxel (PTX)⁵ und Doxorubicin (DOX)^6,7. DOX, ein antineoplastisches Medikament, wurde in der klinischen Chemotherapie allgemein angewendet, aufgrund der Vorteile der Krebszytotoxizität und Hemmung der Proliferation von Krebszellen^8,9. Jedoch, DOX verursacht Kardiotoxizität^10,11, und die kurze Halbwertszeit von DOX beschränkt seine Anwendung in der Klinik¹². Daher werden abbaubare Arzneimittelträger benötigt, um DOX zu laden und sich in kontrollierter Weise in ein Zielgebiet zu entladen.

Nanopartikel wurden häufig in gezielten Medikamentenabgabesystemen eingesetzt und haben mehrere Vorteile in der Krebsbehandlung (d. h. großes Oberflächen-Volumen-Verhältnis, geringe Größe, Fähigkeit, verschiedene Medikamente zu kapseln, und abstimmbare Oberflächenchemie usw.) ^13,14,15. Insbesondere Gold-Nanopartikel (AuNPs) sind in biologischen und biomedizinischen Anwendungen wie der photothermischen Krebstherapie^16,17weit verbreitet. Die einzigartigen Eigenschaften von AuNPs, wie einfache Synthese und allgemeine Oberflächenfunktionalisierung, haben hervorragende Perspektiven im klinischen Bereich der Krebstherapie¹⁸. Auch, AuNPs wurden verwendet, um Medikamentenabgabestrategien zu identifizieren, Tumoren zu diagnostizieren, und Resistenzen in vielen Studien zu überwinden^19,20.

Ungeachtet dessen müssen AuNPs weiter darauf zugeschnitten werden, die Arzneimittelresistenz durch hohe lokale Freisetzung bei Tumorläsionen durch verbesserte Permeation und Retention (EPR) zu überwinden, wie z. B. die Targeting- und Barrierefreiheitseigenschaften. Polymer funktionalisierte AuNPs haben einzigartige Vorteile gezeigt, wie verbesserte Wasserlöslichkeit von hydrophoben Anti-Krebs-Medikamente und längere Durchblutungszeit^21,22. Für AuNP-Beschichtungen wurden verschiedene biokompatible Polymere verwendet, wie Polyethylenglykol (PEG), Polyethylenimin (PEI), Hyaluronsäure, Heparin und Xanthan. Dann wird die Stabilität, sowie die Nutzlast, von AuNPs gut verbessert²³. Insbesondere ist PEI ein hoch verzweigtes Polymer, das aus vielen sich wiederholenden Einheiten von primären, sekundären und tertiären Aminen²⁴besteht. PEI verfügt über eine ausgezeichnete Löslichkeit, geringe Viskosität und ein hohes Maß an Funktionalität, das für die Beschichtung auf AuNPs geeignet ist.

Auf der anderen Seite müssen Krebsmedikamente direkt mit verbesserter Belastbarkeit und geringerer Toxizität für die Behandlung von primären und fortgeschrittenen metastasierenden Tumoren an Krebszellen abgegeben werden²⁵. Gezielte Liganden haben ein großes Potenzial für Anti-Krebs-Medikamente gezielte Abgabesysteme²⁶. Seine Selektivität für die Bindung von Zielmolekülen verleiht Anti-Krebs-Medikament auf Spezifität und erhöht die anreicherung von Medikamenten in erkrankten Geweben²⁷. Mehr Liganden enthalten Antikörper, Polypeptide und kleine Moleküle. Im Vergleich zu anderen Liganden können Nukleinsäureaptamere in vitro synthetisiert werden und sind leicht zu modifizieren. AS1411 ist ein unverändertes 26 bp Phosphodiester-Oligonukleotid, das eine stabile dimerische G-Tetramer-Struktur bildet, um speziell an einen überexprimierten nuklearen Zielproteinrezeptor an Krebszellen^28,29,30zu binden. AS1411 hemmt die Proliferation vieler Krebszellen, hat aber keinen Einfluss auf das Wachstum gesunder Zellen^31,32. Infolgedessen wurde AS1411 verwendet, um ein ideales gezieltes Arzneimittelabgabesystem herzustellen.

In dieser Studie wird ein PEI-g-PEG-Copolymer über eine Amidreaktion synthetisiert, dann werden PEI-g-PEG Copolymer beschichtete Gold-Nanopartikel (PEI-g-PEG@AuNPs) hergestellt. Darüber hinaus sind DOX und AS1411 sequenziell mit dem vorbereiteten PEI-g-PEG@AuNPs verknüpft, wie in Abbildung 1dargestellt. Dieses detaillierte Protokoll soll Forschern helfen, viele der häufigen Fallstricke zu vermeiden, die mit der Herstellung neuer PEI-g-PEG@AuNPs verbunden sind, die mit DOX und AS1411 beladen sind.