基于细胞毒性药物5-FU在肿瘤局部产生原理的前药代谢酶基因CDUPRT脂质体用于乳腺癌靶向化疗

In traditional tumor targeting nano delivery systems, cytotoxic compounds are directly loaded into the nano-vectors. However, most treating agents finally distribute in healthy tissues instead of tumor due to hemodynamic characteristics and phagocytosis cased by RES system. In this project, cytotoxic compounds are delivered to tumor through nano vector by two steps: firstly, pH sensitive cell penetrating peptide H7K(R2)2 decorated positive charging liposomes are employed to carry mammalian cell non-expressing CDUPRT as the pro-drug metabolism gene with telomerase promoter hTERT to ensure that the enzyme is expressed in malignant cells only; then, cancer chemotherapy locallization is achieved by the pro-drug 5-FC treatment due to the malignant cell specific expressing characteristic of the enzyme which ensures the enrichment of the cytotoxic compound 5-FU in cancer tissue only.

传统的肿瘤靶向纳米递送系统是将细胞毒性药物直接装载于纳米载体上。由于血流动力学导致的自然分布、纳米载体的不稳定性和单核巨噬系统的吞噬等因素，大多数细胞毒性药物不是进入肿瘤部位而是分布于健康组织。本项目拟将纳米载体肿瘤靶向递送细胞毒性药物的过程分成两步:第一步利用纳米载体肿瘤靶向递送一种特殊的核酸——前药代谢酶基因，使癌细胞特异性的表达该前药代谢酶；第二步再给予无抗癌活性的化疗药前药，前药在癌组织经前药代谢酶催化转变为活性形式发挥作用。具体如下：首先，采用哺乳动物细胞无内源性表达的胞嘧啶脱氨酶CD作为前药代谢酶基因，并且采用仅能被癌细胞特异性识别的端粒酶启动子hTERT，以此保证CD仅在癌细胞表达。然后利用肿瘤部位pH较低的特点，采用pH响应细胞穿膜肽H7K(R2) 2修饰的阳离子脂质体为载体尽可能增加CD在癌症部位的富集和表达。最后，给予前药5-FC，在癌组织转变为5-FU后实现局部化疗。

本项目已经成功构建了BTZ超分子纳米载体，所得BTZ-NP溶液呈浅蓝色乳光，澄清透明，无肉眼可见颗粒。粒径约为100±40nm，表面Zeta电位值约为-20.0±8.5mV。高效液相法测定BTZ的包封率约为50%，载药量约为13%。在TEM和SEM图像中，BTZ-NP都呈球形形貌，直径约50~100nm。稳定性研究表明BTZ超分子纳米载体在生理盐水中表现出优异的稳定性，这大大促进了其作为纳米药物传递系统的应用。本项目已经表征了BTZ超分子纳米载体的结构，具体如下：BTZ和TA的一部分构建了疏水核，PVP和TA的一部分形成了亲水壳，其中，TA起连接作用，连接疏水BTZ和亲水PVP，共同构成了超分子BTZ-NP的核壳结构，且上述结果与TEM图像一致。正如前言所说，BTZ的硼羟基和TA的酚羟基形成了硼酯，TA的酚羟基和PVP的羰基形成氢键，即TA与其他两个组分之间的分子间相互作用促进了超分子BTZ-NP的形成。实验进一步采用红外光谱法验证了BTZ -NP超分子结构中BTZ和TA之间苯硼酸酯的形成。体外释放实验结果表明BTZ-NP的药物释放显示出pH依赖性，在微酸性环境中药物释放更快，在中性环境中药物释放较慢。肿瘤组织是典型的微酸性微环境，因此可以预见BTZ-NP在肿瘤部位将具有pH敏感和肿瘤特异性药物释放的特征，有助于BTZ-NP在肿瘤部位的快速释放和增强其在体循环中的稳定性。我们进一步在细胞和动物水平上验证了BTZ-NP的癌症治疗效果。在细胞水平上，BTZ-NP表现出满意的4T1乳腺癌细胞摄取但同时也具有与游离BTZ相当的毒性。 此外，BTZ-NP在4T1细胞中具有比游离BTZ更强的Caspase-3表达。近红外荧光实验表明，BTZ-NP在肿瘤组织中有特异性富集，定量ICP-MS测定进一步证实了在肿瘤中的BTZ-NP的分布高于游离BTZ。与BTZ溶液相比，BTZ-NP在延缓肿瘤生长、诱导细胞凋亡和坏死以及减少肿瘤组织中细胞增殖方面具有优越的治疗作用。从主要器官的组织形态和常规血液试验来看，BTZ-NP和BTZ溶液都表现出可耐受的全身毒性。然而，BTZ溶液处理的小鼠表现出体重下降，而BTZ-NP处理的小鼠表现体重无明显变化，这一现象表明BTZ-NP的全身毒性降低。

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