順鉑是中心以二價(jià)鉑同兩個(gè)氯原子和兩個(gè)氨分子結(jié)合的重金屬絡(luò)合物，類似于雙功能烷化劑，可抑制DNA的復(fù)制過程。目前，順鉑和其他各種Pt（II）抗癌藥物被臨床上廣泛用于治療食道癌、惡性淋巴瘤等患者。但是，在長期使用后，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的耐藥性。主要存在以下幾種降低治療效果的途徑：
- 1）血液中血清白蛋白等蛋白質(zhì)會(huì)使順鉑失活；
- 2）順鉑分子不能被耐順鉑的癌細(xì)胞有效地吸收；
- 3）細(xì)胞內(nèi)金屬硫蛋白（MT）和谷胱甘肽（GSH）等生物分子可以強(qiáng)烈結(jié)合和隔離順鉑；
- 4）被順鉑破壞的癌細(xì)胞DNA可以被蛋白質(zhì)修復(fù)。
針對上述失效途徑，研究人員開發(fā)了以下策略：
- （1）開發(fā)在癌細(xì)胞中釋放順鉑的Pt(IV)前藥，可以最大程度減少DNA結(jié)合前與生物分子發(fā)生的不良副反應(yīng)；
- （2）將順鉑與其他抗癌藥物（5-氟尿嘧啶等）聯(lián)合使用，利用不同藥物的不同抗癌機(jī)制來增強(qiáng)治療效果；
- （3）使用納米載體靶向遞送順鉑，可以延長血液循環(huán)時(shí)間、更多在腫瘤組織處累積和按需釋藥。雖然上述策略有效阻止了順鉑的某些失活途徑，但是難以同時(shí)克服多個(gè)失活途徑。
近日，國家納米科學(xué)中心的梁興杰研究員和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的吳思教授（共同通訊作者）合作報(bào)道了一種具有雙響應(yīng)性Pt(IV)/Ru(II)的雙功能聚合物（PolyPt/Ru），克服了順鉑的多個(gè)失活途徑。并且在患者源異種移植（PDX）小鼠模型中，作者測試了PolyPt/Ru治療耐順鉑腫瘤的效果（圖1）。PolyPt/Ru是一種具有疏水性Pt(IV)/Ru(II)雙金屬嵌段和兩個(gè)親水性聚乙二醇（PEG）嵌段的ABA型三嵌段聚合物。其中，疏水性嵌段中的Pt(IV)部分是在細(xì)胞內(nèi)還原環(huán)境中產(chǎn)生順鉑的前藥。將Ru(II)配合物摻入疏水嵌段中，因?yàn)镽u(II)配合物在光照射下可以產(chǎn)生單線態(tài)氧（1O2），并發(fā)生配體取代。但是，Ru(II)配合物通常對無光照的組織無毒，而在光活化后會(huì)對癌細(xì)胞產(chǎn)生毒性，進(jìn)而提高對癌癥治療的選擇性。因此，PolyPt/Ru中的Ru(II)部分可產(chǎn)生1O2用于光動(dòng)力療法（PDT），并釋放抗癌Ru(II)配合物以用于光激活化學(xué)療法（PACT）。
此外，作者使用了親水性和生物相容性的PEG嵌段，以延長血液循環(huán)時(shí)間并抑制使金屬藥物失活的蛋白質(zhì)的非特異性吸附。將PolyPt/Ru自組裝形成納米顆粒，在腫瘤部位聚集，被耐順鉑細(xì)胞吸收，并在胞內(nèi)還原性微環(huán)境中釋放順鉑。在紅光照射下，PolyPt/Ru產(chǎn)生1O2，并引起Ru(II)部分降解，以釋放抗癌Ru(II)配合物，因而釋放的順鉑和Ru(II)配合物以及產(chǎn)生的1O2協(xié)同殺死耐順鉑的腫瘤。因此，PolyPt/Ru不僅克服多個(gè)失活途徑，而且其光活化僅發(fā)生在受輻照的腫瘤組織上，進(jìn)一步提高了癌癥治療的選擇性。研究成果以題為“Fighting against Drug-Resistant Tumors using a Dual-Responsive Pt(IV)/Ru(II) Bimetallic Polymer”發(fā)表在Adv. Mater.上。
圖1、PolyPt/Ru的合成和作用示意圖
PolyPt/Ru的表征
作者制備了水溶性PolyPt/Ru納米顆粒。透射電子顯微鏡（TEM）和動(dòng)態(tài)光散射（DLS）表明，PolyPt/Ru的平均直徑為90 nm，平均流體動(dòng)力學(xué)直徑為111 nm。在紅光照射后，出現(xiàn)了直徑為56和269 nm的光產(chǎn)物，表明PolyPt/Ru降解為較小尺寸的片段和一些較大尺寸的光產(chǎn)物疏水聚集體。在GSH處理后，出現(xiàn)類似的DLS信號。但在光和GSH的組合處理后，較小的碎片消失，并形成較大的聚集體。此外，作者利用195Pt NMR波譜分析了[Pt(NH3)2Cl2(AAE)2](TFA)2的還原反應(yīng)機(jī)制。[Pt(NH3)2Cl2(AAE)2](TFA)2的化學(xué)位移位于1067.1 ppm，順鉑和還原產(chǎn)物的化學(xué)位移均為1194.7 ppm，說明還原產(chǎn)物為順鉑。195Pt NMR結(jié)果顯示，通過GSH處理[Pt(NH3)2Cl2(AAE)2](TFA)2后也產(chǎn)生順鉑。
圖2、PolyPt/Ru的理化表征
體外實(shí)驗(yàn)
接著，作者研究了耐順鉑癌細(xì)胞對PolyPt/Ru納米顆粒的攝取。在黑暗中，將耐藥A549-DDP和7404-CP20細(xì)胞與PolyPt/Ru納米顆粒孵育6 h。在孵育6 h后，A549-DDP和7404-CP20細(xì)胞的攝取率分別為76.4%和54.4%，說明PolyPt/Ru被細(xì)胞有效吸收。在黑暗中，細(xì)胞存活率隨PolyPt/Ru濃度的增加而降低。當(dāng)Ru(II)和Pt(IV)濃度分別為128和40 g/mL時(shí)，A549-DDP和7404-CP20細(xì)胞的存活率分別降到31%和42%。此外，光照射進(jìn)一步降低了癌細(xì)胞的存活率。利用綠色熒光探針檢測A549-DDP和7404-CP20細(xì)胞，在PolyPt/Ru和探針沒有被紅光照射時(shí)，未觀察到綠色熒光。但是，當(dāng)PolyPt/Ru和探針被紅光照射時(shí)，觀察到綠色熒光。
圖3、PolyPt/Ru的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)
體內(nèi)實(shí)驗(yàn)
作者從尾靜脈向帶有PDX腫瘤小鼠注射了PolyPt/Ru納米顆粒。在小鼠模型中，在4 h僅有微弱的信號，在12 h時(shí)腫瘤部位的熒光達(dá)到最大值，表明PolyPt/Ru有效地聚集在腫瘤部位。但是，注射鹽水的對照小鼠沒有熒光。在PolyPt/Ru靜脈注射到小鼠模型中12 h后，作者用671 nm激光照射腫瘤20 min（PolyPt/Ru+光照組）。同時(shí)存在給PDX荷瘤小鼠注射生理鹽水（對照組）、用光照射PDX荷瘤小鼠（光照組）、給PDX腫瘤小鼠注射等劑量的順鉑（順鉑組）和給PDX腫瘤小鼠注射PolyPt/Ru（PolyPt/Ru組）四組實(shí)驗(yàn)。只有PolyPt/Ru+光照組的腫瘤生長受到明顯抑制，表明該治療的協(xié)同作用改善了抗癌性能。在離體腫瘤稱量時(shí)，PolyPt/Ru+光照組的平均腫瘤重量明顯輕于其它四組。
圖3、PolyPt/Ru的小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)
總之，作者合成的雙響應(yīng)性雙金屬聚合物（PolyPt/Ru），同時(shí)克服了順鉑的多個(gè)失活途徑。PolyPt/Ru在耐順鉑腫瘤中表現(xiàn)出優(yōu)異的抑制能力。該研究表明，設(shè)計(jì)具有多響應(yīng)性的多金屬聚合物是治療耐藥性腫瘤的一種新策略。此外，文中的設(shè)計(jì)原理為設(shè)計(jì)其它的多金屬聚合物提供了基礎(chǔ)。
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