近日，南京大學生命科學學院朱海亮教授團隊與合作者們在轉(zhuǎn)鐵蛋白納米材料對中樞神經(jīng)腫瘤治療方面取得新的進展。

腫瘤微環(huán)境（TME）具有與正常生理條件不同的物理化學特征，如缺氧、低?pH、高GSH和高血管通透性。其中缺氧環(huán)境與腫瘤生長、轉(zhuǎn)移與預(yù)后密切相關(guān)。腫瘤內(nèi)部血管不受控制的增殖和異常發(fā)育決定了腫瘤高代謝的特點。腫瘤細胞的高代謝特性造成腫瘤細胞內(nèi)部缺氧微環(huán)境，缺氧微環(huán)境對腫瘤細胞具有篩選作用，進一步提高腫瘤的惡性程度，導(dǎo)致腫瘤細胞對化療藥物或放射治療不敏感。南京大學生命科學學院朱海亮教授團隊在先前聚焦解決TME缺氧問題的納米載藥平臺開發(fā)基礎(chǔ)上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 22, 24662–24674）根據(jù)轉(zhuǎn)鐵蛋白及其受體的同源識別能力，首次構(gòu)建原位腦膠質(zhì)瘤靶向轉(zhuǎn)鐵蛋白介導(dǎo)的內(nèi)源刺激響應(yīng)性多功能納米載藥平臺（圖1）。該平臺解決藥物穿過血腦屏障、靶向緩控釋藥、影像示蹤及腫瘤缺氧難題，顯著性抑制了包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）腫瘤在內(nèi)的多種惡性腫瘤的生長，緩解了實體瘤微環(huán)境中難治性的缺氧問題，實現(xiàn)了光動力治療聯(lián)合化療效果的協(xié)同性增強，為惡性腫瘤的治療提供了一種新策略。

圖1.ODP-TH多功能藥物納米遞送平臺的3D體外構(gòu)建示意圖（A）和體內(nèi)模塊化作用機制（B）

將轉(zhuǎn)鐵蛋白和血紅蛋白通過二硫鍵重構(gòu)的自組裝方式包載化療藥物Dox和光敏劑PpIX，體外整合氧氣構(gòu)建出既具有攜氧能力又具有原位腦膠質(zhì)瘤精準靶向性功能的雜合蛋白納米載藥平臺ODP-TH。一方面，該轉(zhuǎn)鐵蛋白藥物載體能特異性識別并結(jié)合腫瘤及腦內(nèi)皮細胞細胞表面過表達的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，經(jīng)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體介導(dǎo)跨過血腦屏障，選擇性地富集到中樞神經(jīng)腫瘤細胞處，在低氧高GSH濃度的腫瘤微環(huán)境中將包封的藥物和運載的氧氣快速、持續(xù)釋放。另一方面研究供氧型轉(zhuǎn)鐵蛋白介導(dǎo)的多功能納米載藥系統(tǒng)對了解腫瘤微環(huán)境缺氧的而導(dǎo)致的疾病機制，建立成體系的生物安全性好、靶向性強、響應(yīng)迅速及協(xié)同抗腫瘤的供氧型藥物納米遞送平臺方法，解決由于缺氧引起的多種氧氣相關(guān)基因表達紊亂（MDR1、HIF-1α和P-gp），減少化療藥物外排，緩解化療中常見的耐藥不良現(xiàn)象有著深遠現(xiàn)實的應(yīng)用價值。

較小的納米材料粒徑（30.2±1.2 nm）最大程度地助力了ODP-TH表面攜氧，使其能在低pO₂的環(huán)境中30 min內(nèi)完成氧合構(gòu)象至脫氧構(gòu)象的自由轉(zhuǎn)換。牢固的二硫鍵鉚釘，使ODP-TH在非TME中維持形態(tài)及功能的穩(wěn)定。一旦進入還原型GSH富集的TME后，其優(yōu)異的GSH響應(yīng)機制能確保納米材料迅速發(fā)生崩解，確保整個平臺的協(xié)同治療功能在特定癌灶區(qū)域內(nèi)快速發(fā)揮作用（圖2）。

2.ODP-TH藥物納米遞送平臺的理化性質(zhì)。（A）ODP-TH的粒徑分布及透射電鏡照片。（B）TH納米外殼的排阻色譜（SEC）圖。（C）Hb、TRF、Dox、PpIX和DP-TH的紫外吸收光譜圖（UV–vis）。（D）不同組別間游離巰基濃度的比較統(tǒng)計圖。（E）不同組別間氧氣釋放曲線統(tǒng)計圖。（F）ODP-TH在?GSH（5 mm）作用下不同時間的藥物釋放曲線。（G）Dox的釋放和GSH濃度的依賴關(guān)系。(H)pH值的變化對藥物釋放的影響。（I）TH、D-TH、P-TH 和ODP-TH 其水合粒徑與時間依賴圖。

團隊還構(gòu)建了原位腦膠質(zhì)瘤動物模型，利用液質(zhì)聯(lián)用、腫瘤免疫、蛋白純化、細胞遷移檢測、多模態(tài)成像等技術(shù)統(tǒng)地評估了該納米平臺跨血腦屏障靶向腦膠質(zhì)瘤的功能及其藥物學特性。該平臺通過基于氧氣靶向運輸實現(xiàn)多維度光動力治療聯(lián)合化療效果的協(xié)同性增強（圖3），不僅為未來徹底治愈腦膠質(zhì)瘤提供新的方法，還為生命科學、醫(yī)學、化學與材料學等學科的相互交叉融合發(fā)展提供新的思路。

3.原位腦膠質(zhì)瘤療效。（A）原位腦膠質(zhì)瘤治療過程示意圖。（B）在治療過程中對腦膠質(zhì)瘤發(fā)展的實時監(jiān)測。（C）終點后不同治療組別小鼠腦切片HE染色圖片。（D，E）不同治療組別小鼠腦切片免疫組化及免疫熒光圖片。

該工作以Multifunctional Protein Hybrid Nanoplatform for Synergetic Photodynamic Chemotherapy of Malignant Carcinoma by Homologous Targeting Combined with Oxygen Transport為題發(fā)表在Advanced Science2022,2203742上。南京大學生科院18級博士研究生武松宇為本文的第一作者，南京大學生科院朱海亮教授、王忠長副研究員，南京醫(yī)科大學鄒美娟副教授和鄭州大學附屬兒童醫(yī)院段勇濤副研究員為本文的通訊作者，南京大學為第一作者和通訊單位。南京大學生科院19級碩士許朱民、康倩瑾對本研究工作做出重要貢獻。特別感謝南京大學江亞軍研究員對該工作的支持和幫助！該研究工作得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金等項目的資助。

論文在線鏈接為：https://doi.org/10.1002/advs.202203742。

來源：南京大學