防复发!外泌体仿生纳米颗粒有效杀伤肿瘤干细胞

 行业动态     |      2019-09-04

2019年8月23日,Nature 子刊 Nature Communications 杂志发表了华中科技大学生命学院、国家纳米药物工程技术研究中心杨祥良教授、甘璐教授课题组合作的题为:Tumor exosome-based nanoparticles are efficient drug carriers for chemotherapy 的研究论文。研究团队构建了一种肿瘤细胞外排的外泌体仿生多孔硅纳米粒(E-PSiNPs),用于肿瘤干细胞的靶向给药,具有良好的抗肿瘤和杀伤肿瘤干细胞能力。


防复发!外泌体仿生纳米颗粒有效杀伤肿瘤干细胞


该研究表明,外泌体-仿生纳米颗粒,具有作为药物载体提高抗癌功效的潜力。并且,由于能够有效杀伤肿瘤干细胞,因此有望解决肿瘤复发、转移和耐药性等重大问题。


近年来,仿生纳米药物结合天然生物材料的独特功能及人工纳米材料的多功能性特点,在用于药物递送方面引起广泛关注。


外泌体(exosomes),是一种包含了复杂 RNA 和蛋白质的细胞囊泡,其尺寸在纳米尺度范围内——(直径30-150纳米),多种细胞在正常及病理状态下均可分泌外泌体。其主要来源于细胞内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体,经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中。


2013 年的诺贝尔生理学或医学奖就授予了发现细胞囊泡运输调节机制的三位科学家。外泌体参与免疫应答、凋亡、血管生成、炎症反应、凝结等重要的生物过程,还参与细胞间通讯,因此许多研究开始聚焦在使用外泌体来递送药物。


然而,构建外泌体仿生药物载体,依然面临许多困难,最主要的问题就是产量低下导致递送效率低。


在这项研究中,研究团队构建了一种肿瘤细胞外排的外泌体仿生多孔硅纳米粒(E-PSiNPs),用于肿瘤干细胞的靶向给药。


将多孔硅纳米粒与肿瘤细胞孵育,发现肿瘤细胞会通过自噬促进多孔硅外排,外排的多孔硅表面覆盖着厚约20 nm的外泌体膜结构。相比于传统外泌体分离方式可使其产量提高34倍,且有效保留了外泌体的功能蛋白。


防复发!外泌体仿生纳米颗粒有效杀伤肿瘤干细胞


E-PSiNPs具有良好的普通肿瘤细胞和肿瘤干细胞靶向性,且来源于一种肿瘤细胞的E-PSiNPs负载抗肿瘤药物阿霉素(DOX@E-PSiNPs)后,表现出对其他不同普通肿瘤细胞和肿瘤干细胞的交叉摄取与有效杀伤效果,解决了靶向不同肿瘤干细胞需要偶联不同靶向分子的问题。


另外,DOX@E-PSiNPs具有良好的肿瘤组织靶向性、肿瘤血管渗出并穿透至肿瘤深部能力,这些作用与E-PSiNPs表面表达黏附分子CD54有关。


基于上述独特的行为,DOX@E-PSiNPs实现了在肿瘤组织内肿瘤细胞和肿瘤干细胞中的大量蓄积,在肝癌皮下瘤、原位乳腺癌和黑色素瘤肺转移等多种肿瘤模型中均表现出良好的抗肿瘤和杀伤肿瘤干细胞的能力。


防复发!外泌体仿生纳米颗粒有效杀伤肿瘤干细胞


总的来说,该研究为肿瘤细胞来源的外泌体仿生纳米药物用于肿瘤治疗提供了新思路。


研究背景


肿瘤干细胞(Cancer stem cells, CSCs),对肿瘤的存活、增殖、转移及复发有着重要作用。从本质上讲,肿瘤干细胞通过自我更新和无限增殖维持着肿瘤细胞群的生命力。


肿瘤干细胞的运动和迁徙能力使肿瘤细胞的转移成为可能,肿瘤干细胞可以长时间处于休眠状态并具有多种耐药分子,从而对杀伤肿瘤细胞的外界理化因素不敏感。因此肿瘤往往在常规肿瘤治疗方法消灭大部分普通肿瘤细胞后一段时间复发。


总的来说,肿瘤干细胞是导致肿瘤复发、转移和耐药的主要原因,发展靶向肿瘤干细胞的策略是肿瘤临床治疗最有效的策略之一。


纳米药物具有增强渗透滞留效应(EPR)、可修饰性、智能响应性以及多种药物共输送等独特的性质,在肿瘤精准协同治疗、增强疗效和降低毒副作用等方面发挥着重要作用。


纳米材料常通过偶联靶向分子实现抗肿瘤药物靶向输送,但不同肿瘤干细胞表达不同的表面标志物,如何将药物高效运送到不同肿瘤干细胞并发挥作用是目前肿瘤治疗亟待解决的难题。