生物矿化氧化铱封孔的生物可降解介孔纳米系统用于抗炎症及肿瘤的诊疗一体化

来源：高分子科学前沿

近年来，基于无机和有机材料在内的大量诊疗一体化纳米系统相继开发出来用于成像引导治疗。在这些纳米材料中，硅基纳米材料由于其良好的形貌、用于药物负载的大型空腔和大的比表面积，已被证明是一个优异的纳米载体用于生物医学应用。虽然不同尺寸、形状和结构组成的硅基纳米平台已经报道在小动物模型中显示出优越的治疗效果，但其自身的生物降解问题严重阻碍了其进一步的临床应用。此外，无机纳米粒子在体内的长期滞留往往会提高正常细胞内的活性氧水平（ROS）而引起相应的炎症反应，严重阻碍了目前大量多功能无机纳米材料/复合物的临床转化。因此，设计和制备由生物可降解骨架组成的硅基纳米载体对于提高体内生物安全性是非常重要的。

东华大学朱利民教授团队多年从事生物医学纳米材料的设计及在肿瘤诊疗中的应用。近些年基于无机纳米材料来开发了多种新型的多功能肿瘤诊疗剂，同时取得了一系列高水平的研究成果。研究工作分别发表在Advanced Science (Adv. Sci. 2019, 6, 1802001), Theranostics (Theranostics 2019, 9(20), 6002-6018, Theranostics 2020; 10(2): 841-855), ACS Applied Materials & Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 42115), Chemical Engineering Journal (Chem. Eng. J. 342, 2018, 90)和Journal of Biomedical Nanotechnology (J. Biomed. Nanotechnol. 2019, 15, 1415–1431)等国际著名期刊上。在前期工作的基础上，通过利用小粒径有机­无机杂化中空介孔有机硅纳米颗粒（HMONs）及氧化铱构建出一种整合精确诊断、有效治疗及抗炎症反应等功能于一体的纳米平台用于实现肿瘤的诊疗一体化。利用含有二硫键掺杂骨架的生物可降解HMONs作为纳米载体负载Hsp90抑制剂17AAG。同时，采用一步生物矿化法合成BSA-IrO2纳米颗粒，并利用硫醇基团修饰，将BSA-IrO2封孔到HMONs的介孔以防止血液循环过程中17AAG的提前泄露。经过聚乙二醇修饰后得到具有内在谷胱甘肽（GSH）响应生物降解性能的多功能纳米平台（AHBIP）用于肿瘤多模态CT/PA/热成像引导的低温光热治疗和的光动力联合治疗。

HMONs巨大的中空结构使其能够高效地负载小分子（对于17AAG，负载量为35.4%，同时负载效率为~97%）并将其递送至肿瘤部位。同时制备的AHBIP纳米诊疗剂在肿瘤微环境中表现出GSH响应药物释放特性和降解行为。重要的是，BSA的涂层可以有效地改善纳米粒子在血液循环中的“隐匿性”，从而通过增强渗透和滞留（EPR）效应增强AHBIP肿瘤富集。当AHBIP纳米粒子进入肿瘤细胞内部后，二硫键在还原微环境下发生断裂引起BSA-IrO2门控开关打开，负载在内核及介孔孔道中的17AAG释放出来抑制热休克蛋白的表达，克服肿瘤细胞的热耐受性并在低温下有效地诱导细胞凋亡。此外，BSA-IrO2的过氧化氢酶活性一方面可以催化过氧化氢分解生成O2用于克服肿瘤乏氧而增强PDT疗效，另一方面可以保护正常组织免受高浓度H2O2诱导的炎症细胞因子的侵袭。此外，BSA-IrO2除了具有良好的CT成像性能外，同时还因其较强的近红外吸收能力可以实现PA和近红外热成像。最后，通过体外和体内实验系统地证明了AHBIP可以在单一波长（808 nm）的近红外光照射下实现良好的PDT和低温PTT协同治疗效果。

图1. AHBIP纳米平台的设计及其用于肿瘤CT/PA成像引导的低温光热/光动力协同治疗的示意图。

以上成果发表在国际生物材料学知名期刊《Advanced Healthcare Materials》上，东华大学化学化工与生物工程学院博士生吴建荣与牛世伟为该论文的共同第一作者，通讯作者为东华大学朱利民教授以及复旦大学附属上海市浦东医院李得见博士。

上述工作得到上海市科委项目(16410723700) 以及上海市浦东新区高原学科建设项目（PWYgy2018-09）的支持。

参考文献：

Jianrong Wu, Shiwei Niu, David H. Bremner, Wei Nie, Zi Fu, Dejian Li,* and Li-Min Zhu*, A Tumor Microenvironment-Responsive Biodegradable Mesoporous Nanosystem for Anti-Inflammation and Cancer Theranostics, DOI: 10.1002/adhm.201901307

论文链接：

https://onlinelibrary_wiley.xilesou.top/doi/abs/10.1002/adhm.201901307