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化疗耐药是乳腺癌化疗后疾病控制失败的最主要原因之一。如何逆转乳腺癌化疗耐药一直是乳腺癌治疗研究领域的难点和热点。阿霉素(Doxorubicin,DOX)是治疗乳腺癌常用的化疗药物之一,而DOX在治疗乳腺癌期间引起的不良反应(尤其心脏毒性)以及肿瘤本身对DOX的耐药是制约其临床应用的主要原因。
Pluronic是一种由聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(环氧丙烷)(PPO)和聚(环氧乙烷)(PEO)组成的三嵌段共聚物,它可在水性环境中自组装成由疏水性内核和亲水性外壳组成的聚合物胶束,疏水性药物可以包封在胶束的疏水核心中,而亲水壳可以显著减少吞噬作用和肾清除。然而,利用Pluronic胶束的主要问题是其亲水嵌段含量低,因此它具有较高的临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC),在水溶液中的稳定性差。为了克服这些限制,我们用另一种生物相容性聚合物聚乙二醇2000-二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(PEG2000-DSPE),与Pluronic形成共聚物(混合胶束),以提高其稳定性。利用新合成的共聚物包封DOX,兼有靶向性、逆转耐药和水溶稳定性的特点。为临床开发新药提供理论依据
在本文的第一部分试验中,我们参照文献,利用薄膜水化法成功设计出载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE的混合胶束。利用正交实验法得到制备混合胶束优化处方,优化处方方案为:投药量为25mg,P123质量分数为70%,水浴温度为10℃,水相用量为5ml。优化处方条件下制备的载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束的载药量为3.65%,包封率为90.36%。所得混合胶束的平均粒径为50±3.3nm,稍大于载Dox Pluronic P123的粒径35±1.8nm,但仍远小于100nm。PDI指数为0.004,Zeta电位在-39左右。电镜下观察混合胶束粒径均匀,呈现规则的球状形态,团聚较少。我们利用芘荧光探针技术测量混合胶束的CMC,载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束和载Dox Pluronic P123的CMC分别为0.38mg/L和0.51mg/L,提示混合胶束在水溶液中的稳定性更好。另外我们模拟了混合胶束在正常体液pH环境以及肿瘤微酸pH环境中DOX的释放情况,发现在pH=7.4时,混合胶束相较于载Dox Pluronic P123药物释放速度更慢,提示了在正常体液中混合胶束缓释和稳定的特性。在pH=5.0条件下,DOX的释放速度明显高于在正常pH环境下的释放速度,提示混合胶束具有酸依赖的肿瘤靶向性。将制备的混合胶束的冻干品置于室温下,测量其稳定性。6个月后DOX含量从100%降至约95%,但依然大于85%;而粒径从约53nm增大到约68nm,但仍然远小于100nm。可以认为混合胶束冻干品的物理稳定性比较可靠。
在实验的第二部分,我们通过体内外实验验证制备的载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束对MCF-7细胞和MCF-7R细胞的生物学作用。体外实验部分共分为4组:分别为Pluronic P123-PEG2000-DSPE胶束组(P123-PEG2000-DSPE组)、载阿霉素Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束组(P123-PEG2000-DSPE(Dox)组)、阿霉素(DOX)组及空白对照组。我们利用CCK8增殖实验、EDU增殖实验、划痕试验、Transwell小室实验和流式细胞实验等实验方法检测各组细胞的生物学行为差异。在体外实验中,我们发现P123-PEG2000-DSPE(Dox)和DOX都可以有效的抑制乳腺癌MCF-7细胞的增殖、迁移和侵袭,增加MCF-7细胞的凋亡。P123-PEG2000-DSPE不具有这些能力。P123-PEG2000-DSPE(Dox)对乳腺癌耐药MCF-7R细胞同样具有抑制增殖、迁移和侵袭、增加细胞凋亡的能力。DOX虽然也可以对MCF-7R细胞的体外生长造成影响,但作用较弱。从而证实P123-PEG2000-DSPE(Dox)在体外抑制并杀伤乳腺癌细胞的有效性和逆转乳腺癌细胞耐药的特点。在体内实验中,我们成功构建了免疫缺陷裸鼠荷MCF-7和MCF-7R肿瘤模型,药物验证阶段,我们发现P123-PEG2000-DSPE(Dox)混合胶束可以有效抑制荷瘤小鼠瘤体生长、促进其瘤体癌细胞凋亡,同时对小鼠正常脏器毒性作用较小。和体外实验结论相似,DOX可以有效抑制荷MCF-7乳腺癌的肿瘤的生长,但对荷MCF-7R乳腺癌的肿瘤的生长抑制作用较弱。
在第三部分,我们首先验证MCF-7R细胞中P-gp的表达量明显高于正常乳腺组织和MCF-7细胞,然后,我们成功用siRNA沉默了ABCA1基因,沉默ABCA1基因后,P-gp基因和蛋白相对表达量明显降低。提示P-gp的表达受ABCA1基因的影响。同时我们发现ABCA1基因沉默后,再次应用DOX,可以使MCF-7R细胞的增殖下降,凋亡增加。提示ABCA1基因对MCF-7R细胞的耐药具有调控作用。最后,我们成功观察到P123-PEG2000-DSPE(Dox)可以明显下调ABCA1基因及蛋白的表达。因此提示P123-PEG2000-DSPE(Dox)可以通过调节ABCA1基因发挥杀伤肿瘤细胞及逆转耐药。
Pluronic是一种由聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(环氧丙烷)(PPO)和聚(环氧乙烷)(PEO)组成的三嵌段共聚物,它可在水性环境中自组装成由疏水性内核和亲水性外壳组成的聚合物胶束,疏水性药物可以包封在胶束的疏水核心中,而亲水壳可以显著减少吞噬作用和肾清除。然而,利用Pluronic胶束的主要问题是其亲水嵌段含量低,因此它具有较高的临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC),在水溶液中的稳定性差。为了克服这些限制,我们用另一种生物相容性聚合物聚乙二醇2000-二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(PEG2000-DSPE),与Pluronic形成共聚物(混合胶束),以提高其稳定性。利用新合成的共聚物包封DOX,兼有靶向性、逆转耐药和水溶稳定性的特点。为临床开发新药提供理论依据
在本文的第一部分试验中,我们参照文献,利用薄膜水化法成功设计出载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE的混合胶束。利用正交实验法得到制备混合胶束优化处方,优化处方方案为:投药量为25mg,P123质量分数为70%,水浴温度为10℃,水相用量为5ml。优化处方条件下制备的载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束的载药量为3.65%,包封率为90.36%。所得混合胶束的平均粒径为50±3.3nm,稍大于载Dox Pluronic P123的粒径35±1.8nm,但仍远小于100nm。PDI指数为0.004,Zeta电位在-39左右。电镜下观察混合胶束粒径均匀,呈现规则的球状形态,团聚较少。我们利用芘荧光探针技术测量混合胶束的CMC,载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束和载Dox Pluronic P123的CMC分别为0.38mg/L和0.51mg/L,提示混合胶束在水溶液中的稳定性更好。另外我们模拟了混合胶束在正常体液pH环境以及肿瘤微酸pH环境中DOX的释放情况,发现在pH=7.4时,混合胶束相较于载Dox Pluronic P123药物释放速度更慢,提示了在正常体液中混合胶束缓释和稳定的特性。在pH=5.0条件下,DOX的释放速度明显高于在正常pH环境下的释放速度,提示混合胶束具有酸依赖的肿瘤靶向性。将制备的混合胶束的冻干品置于室温下,测量其稳定性。6个月后DOX含量从100%降至约95%,但依然大于85%;而粒径从约53nm增大到约68nm,但仍然远小于100nm。可以认为混合胶束冻干品的物理稳定性比较可靠。
在实验的第二部分,我们通过体内外实验验证制备的载Dox Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束对MCF-7细胞和MCF-7R细胞的生物学作用。体外实验部分共分为4组:分别为Pluronic P123-PEG2000-DSPE胶束组(P123-PEG2000-DSPE组)、载阿霉素Pluronic P123-PEG2000-DSPE混合胶束组(P123-PEG2000-DSPE(Dox)组)、阿霉素(DOX)组及空白对照组。我们利用CCK8增殖实验、EDU增殖实验、划痕试验、Transwell小室实验和流式细胞实验等实验方法检测各组细胞的生物学行为差异。在体外实验中,我们发现P123-PEG2000-DSPE(Dox)和DOX都可以有效的抑制乳腺癌MCF-7细胞的增殖、迁移和侵袭,增加MCF-7细胞的凋亡。P123-PEG2000-DSPE不具有这些能力。P123-PEG2000-DSPE(Dox)对乳腺癌耐药MCF-7R细胞同样具有抑制增殖、迁移和侵袭、增加细胞凋亡的能力。DOX虽然也可以对MCF-7R细胞的体外生长造成影响,但作用较弱。从而证实P123-PEG2000-DSPE(Dox)在体外抑制并杀伤乳腺癌细胞的有效性和逆转乳腺癌细胞耐药的特点。在体内实验中,我们成功构建了免疫缺陷裸鼠荷MCF-7和MCF-7R肿瘤模型,药物验证阶段,我们发现P123-PEG2000-DSPE(Dox)混合胶束可以有效抑制荷瘤小鼠瘤体生长、促进其瘤体癌细胞凋亡,同时对小鼠正常脏器毒性作用较小。和体外实验结论相似,DOX可以有效抑制荷MCF-7乳腺癌的肿瘤的生长,但对荷MCF-7R乳腺癌的肿瘤的生长抑制作用较弱。
在第三部分,我们首先验证MCF-7R细胞中P-gp的表达量明显高于正常乳腺组织和MCF-7细胞,然后,我们成功用siRNA沉默了ABCA1基因,沉默ABCA1基因后,P-gp基因和蛋白相对表达量明显降低。提示P-gp的表达受ABCA1基因的影响。同时我们发现ABCA1基因沉默后,再次应用DOX,可以使MCF-7R细胞的增殖下降,凋亡增加。提示ABCA1基因对MCF-7R细胞的耐药具有调控作用。最后,我们成功观察到P123-PEG2000-DSPE(Dox)可以明显下调ABCA1基因及蛋白的表达。因此提示P123-PEG2000-DSPE(Dox)可以通过调节ABCA1基因发挥杀伤肿瘤细胞及逆转耐药。