Intratumoral high-payload delivery and acid-responsive release of H2 for efficient cancer therapy using the ammonia borane-loaded mesoporous silica nanomedicine

基于氨硼烷負(fù)載的介孔二氧化硅納米藥物的腫瘤內(nèi)高負(fù)載遞送和酸響應(yīng)釋放氫氣用于高效癌癥治療

來源：Applied Materials Today, Volume 11, 2018, Pages 136-143

《今日應(yīng)用材料》，第11卷，2018年，頁碼136-143

 

摘要

論文摘要指出，氫氣療法作為一種新興且有前途的治療策略，具有生物安全性高的優(yōu)勢，但面臨挑戰(zhàn)，因為氫氣溶解度低、在體內(nèi)擴散性高但無目標(biāo)性。作者構(gòu)建了氨硼烷負(fù)載的介孔二氧化硅納米藥物（AB@MSN），實現(xiàn)腫瘤內(nèi)高負(fù)載遞送和原位酸控制釋放氫氣。AB@MSN具有超高的H2負(fù)載能力（130.6 mg/g，比傳統(tǒng)的H2@脂質(zhì)體納米藥物高1370倍）和高度酸響應(yīng)持續(xù)釋放行為，在體外和體內(nèi)表現(xiàn)出高抗癌效力和高生物安全性。

 

研究目的

研究目的是解決氫氣療法中氫氣遞送和釋放的挑戰(zhàn)，通過開發(fā)一種納米藥物來實現(xiàn)高負(fù)載、酸響應(yīng)釋放氫氣，以提高癌癥治療效果，特別是針對深層腫瘤部位，利用腫瘤微環(huán)境的酸性特性。

 

研究思路

研究思路包括使用氨硼烷（AB）作為氫氣前藥，因為它具有高儲氫能力（10 wt.%），并能在酸響應(yīng)下分解產(chǎn)生H2。使用介孔二氧化硅納米顆粒（MSN）作為藥物載體，利用其高表面積和良好生物相容性負(fù)載AB。構(gòu)建AB@MSN納米藥物，通過SEM、TEM、DLS、FTIR等手段表征其形態(tài)、尺寸和負(fù)載能力；評估其酸響應(yīng)H2釋放行為使用不同pH的PBS；檢測細(xì)胞內(nèi)H2釋放和ROS水平變化；進行體外細(xì)胞毒性測試 on 多種癌細(xì)胞和正常細(xì)胞；進行體內(nèi)實驗 on 腫瘤小鼠模型，評估抗癌效果和生物安全性。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1. 從圖1的SEM和TEM圖像顯示MSN的形態(tài)和尺寸約50 nm，單分散性好，研究意義是MSN的尺寸和結(jié)構(gòu)有利于高效細(xì)胞攝取和藥物負(fù)載，為納米藥物設(shè)計提供基礎(chǔ)。

 

2. 從圖2的FTIR數(shù)據(jù)顯示AB成功負(fù)載到MSN中，負(fù)載能力為653 mg/g AB（相當(dāng)于130.6 mg/g H2），研究意義是證明AB@MSN具有超高H2負(fù)載能力，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)方法，確保高效療法。

 

3. 從圖3的H2釋放曲線顯示在酸性PBS（pH=5.0, 5.8, 6.8）中H2釋放速率高，而在pH=7.4幾乎不釋放，研究意義是驗證AB@MSN的酸響應(yīng)性，能針對腫瘤酸性微環(huán)境釋放H2，減少對正常組織影響。

 

4. 從圖4的細(xì)胞內(nèi)H2釋放檢測使用MB+Pt探針，顯示AB@MSN在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)釋放H2并降低ROS水平，研究意義是證實納米藥物能在癌細(xì)胞內(nèi)有效釋放H2，降低氧化應(yīng)激，發(fā)揮抗癌作用。

 

5. 從圖5的細(xì)胞毒性測試顯示AB@MSN對癌細(xì)胞（HeLa、B16-F10、U87）有顯著毒性，但對正常細(xì)胞（Hek-293T）毒性低，研究意義是證明AB@MSN的選擇性抗癌特性，提高治療安全性。

 

6. 從圖6和7的體內(nèi)實驗數(shù)據(jù)顯示AB@MSN抑制腫瘤生長，小鼠存活率高，器官無損傷，研究意義是驗證AB@MSN在體內(nèi)的有效性和生物安全性，支持其臨床轉(zhuǎn)化潛力。

 

 

 

結(jié)論

論文得出結(jié)論，AB@MSN納米藥物實現(xiàn)了超高H2負(fù)載和酸響應(yīng)釋放，在癌細(xì)胞中選擇性降低ROS水平，有效抑制腫瘤生長，且具有高生物安全性。這種策略為精準(zhǔn)高效氫氣療法開辟了新途徑，有望成為癌癥治療的新方法。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極（Microsensor Monometer）測量H2釋放數(shù)據(jù)的研究意義在于，該電極能夠?qū)崟r、精確監(jiān)測H2的釋放濃度和速率，如在圖3中用于測量AB@MSN在不同pH下的H2釋放曲線。這提供了可靠的動力學(xué)數(shù)據(jù)，驗證了納米藥物的酸響應(yīng)釋放機制，確保H2在腫瘤微環(huán)境中的可控釋放，為優(yōu)化藥物設(shè)計和評估療效提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)。