西安交大科研人员在光热/无限配位聚合物双药协同肿瘤治疗方面取得重要进展

光热疗(PTT)可在短时间内迅速有效地清除肿瘤细胞,研究者常常将光热剂和药物负载在载体上同时进行肿瘤的光热疗和化疗,随着纳米技术的发展,该领域受到了持续的关注。目前PTT具有治疗速度快、治疗效果明显的优点,但也存在光热剂肿瘤组织分布不均、治疗时间短和无法完全抑制肿瘤复发的缺点。纳米载体化疗由于载体材料的限制,存在载药量低、药物比例不可调、疗效单一、耐药等缺点,有时光热还会破坏化疗药物。因此PTT/化疗肿瘤联合治疗的策略和载体均有着改善的需要。

无限配位聚合物(Infinite Coordination Polymers, ICPs)是一种直接使用药物和金属离子配位形成的无限配位“无载体型”纳米药物(carrier free nanodrug),它的优点是不需要载体材料,直接用药物做载体,因此具有较高的载药量,且热稳定性好,还可以根据需求自由设计不同药物的比例。ICPs中的配位键还有着低pH敏感释放的特点,由于肿瘤的特殊酸性环境,ICPs特别适合用于肿瘤的药物联合治疗。

研究发现,天然抗肿瘤药物棉酚(gossypol)和绿茶多酚(EGCG)与金属离子无限配位后颜色变深,吸收光谱发生了变化,具有了一定的光热转换能力,在掺杂一定比例的光热剂IR780后,其光热效率从16%大幅增加为47.8%,使这种ICPs同时具有了光热治疗和ICPs双药化疗的能力,体系具有一物多用的特点。此外,由于ICPs中各药物释放顺序不同,使得肿瘤治疗可以按照不同阶段顺序进行。

肿瘤两阶段双协同肿瘤治疗策略示意图

近日,西安交通大学生命学院生物医学影像与应用研究所吴道澄教授课题组根据无限配位聚合物的特点,提出了一种两阶段双协同肿瘤治疗新策略(Two-stage Dual-synergistic Tumor Therapy),第一阶段PTT联合棉酚和绿茶多酚两种药物的ICPs光热/化疗协同治疗,第二阶段ICPs中的两种药物联合化疗。为此,研究人员将棉酚和绿茶多酚与Fe3+无限配位聚合物,掺杂1.3%光热剂IR780,再以包封具有肿瘤靶向能力的透明质酸(HA)为外壳,制备了负载IR780的透明质酸包裹棉酚-Fe(III)-儿茶酚无限配位聚合物纳米颗粒(HA@IRGFE ICP NPs)来实现两阶段双协同的肿瘤治疗策略。体外实验证明HA@IRGFE ICP NPs先释放IR780和ICPs光热/化疗协同治疗,然后ICPs中两种药物释放联合化疗,达到了两阶段双协同肿瘤治疗的效果。动物实验表明该方法的肿瘤抑制率高达98.7%,60天后肿瘤的复发率仅为12.5%。实现了肿瘤的高效的光热和双药ICPs协同治疗,该系统全部由天然产物组成,对正常组织毒副作用极低,在未来的肿瘤治疗中具有广阔应用前景。

近日,该研究成果以“负载IR780的透明质酸包裹棉酚-Fe(III)-儿茶酚无限配位聚合物纳米颗粒肿瘤高效光热/ ICPs协同化疗”(IR780-loaded hyaluronic acid@gossypol–Fe(III)–EGCG infinite coordination polymer nanoparticles for highly efficient tumor photothermal/coordinated dual drugs synergistic therapy)为题在国际著名学术期刊Advanced Functional Materials(IF=16.8)上在线发表,第一作者为西安交通大学生命学院博士生雒思远,吴道澄教授为唯一通讯作者,西安交通大学生命学院为该论文的第一和唯一通讯作者单位。该研究成果是吴道澄教授课题组在无限配位聚合物联合化疗治疗肿瘤之后(Int J Nanomedicine2017,12; 4085–4109, ESI高被引论文和Biomaterials2018, 154;197-212)的又一重要成果。

该工作得到了国家自然科学基金和国家重大科学仪器设备项目的资助。西安交通大学分析测试中心为本工作提供了大量测试表征支持。

论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202100954