放疗诱导主动靶向阿霉素纳米粒富集肿瘤组织提高肺癌治疗效果的研究

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目的:研究单次低剂量放疗对表皮生长因子修饰的阿霉素纳米颗粒在肿瘤部位的聚集影响,并评估该体系对肺癌的治疗效果。方法:1.以聚乙二醇(PEG,分子量4000)和D,L-丙交酯(D,L-LA)为原料,辛酸亚锡(Sn(Oct)2)作为催化剂,采用开环聚合法制备了分子量为8000的三嵌段共聚物聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸(PLA-PEG-PLA,PELA),通过羧基化和酰胺反应连接聚乙烯亚胺(PEI)制备聚乙烯亚胺-聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸-聚乙烯亚胺(PEI-PLA-PEG-PLA-PEI,PELI),并用核磁共振氢谱仪(~1H-NMR)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对PELA和PELI进行表征。以PELI为载体,通过自组装方式制备了带正电荷的阿霉素纳米颗粒(DOX-NPs),并通过电荷中和与带负电荷的表皮生长因子(EGF)结合制备表皮生长因子修饰的阿霉素纳米颗粒(EGF@DOX-NPs)。使用动态光散射仪(DLS)测定不同纳米粒的粒径和zeta电位,透射电子显微镜(TEM)观察其形貌。采用紫外分光光度计(UV-5800PC)测定其载药率(DL)和包封率(EE)。2.通过透析法评估纳米颗粒的释药特性;甲基噻唑基四唑(MTT)法评价空白载体和不同DOX制剂对A549的细胞毒性;使用流式细胞仪测定不同DOX制剂处理后A549细胞的凋亡率。使用荧光显微镜和流式细胞仪观察和测定不同DOX制剂在EGFR差异表达的细胞系中的摄取情况,并通过蛋白质免疫印迹实验测定A549、AML-12、BEAS-2B三种细胞系中EGFR的相对表达水平。通过划痕实验比较不同DOX制剂对A549迁移的影响,并通过溶血实验验证载体PELI的生物相容性。3.建立肺癌异种移植瘤模型,将实验小鼠分为七个组(n=9):(1)生理盐水(NS),(2)游离阿霉素(Free DOX),(3)阿霉素纳米颗粒(DOX-NPs),(4)表皮生长因子修饰的阿霉素纳米颗粒(EGF@DOX-NPs),(5)放疗+游离阿霉素(RT+Free DOX),(6)放疗+阿霉素纳米颗粒(RT+DOX-NPs),(7)放疗+表皮生长因子修饰的阿霉素纳米颗粒(RT+EGF@DOX-NPs)。通过记录肿瘤体积、小鼠体重和总体生存期评估各组抗肿瘤效果,并通过LS55荧光光谱仪(Perkin-Elmer)测定不同处理组小鼠重要脏器及肿瘤中的药物含量。通过重要脏器的苏木精&伊红染色(H&E)评价不同处理组的毒副反应及抗肿瘤转移情况;免疫组化测定肿瘤组织中Ki-67及TUNEL阳性率以评估肿瘤增殖及凋亡情况。通过CD34和F4/80染色评估放疗对肿瘤微血管及肿瘤相关巨噬细胞的影响。使用小动物18F-FDG PET/CT成像系统考察了不同处理组治疗后肿瘤组织的葡萄糖代谢情况。最后,通过测定相关血液学指标评估了不同DOX制剂的系统毒性。结果:1.~1H-NMR和FT-IR证明了PELA和PELI的成功合成,制备的理论载药率15%的DOX-NPs为分布均匀、粒径约100纳米的球形颗粒,并具有较好的稳定性及高包封率(94.08%±0.38%)。电位及紫外吸收变化证明了EGF@DOX-NPs的成功制备。2.体外释放结果表明EGF@DOX-NPs具有良好的缓释作用,EGF的修饰不会影响DOX的释放。细胞毒性实验结果表明,本研究所使用的载体PELI具有优异的细胞相容性,即使在浓度为1000μg/m L,细胞存活率仍高达85.91%±6.90%;高浓度下的游离DOX和DOX纳米制剂的细胞毒性效应大体相似,但低浓度下EGF@DOX-NPs对A549细胞的毒性明显高于游离DOX(P<0.05)。凋亡实验证实了EGF@DOX-NPs更强的促肿瘤细胞凋亡能力。细胞摄取实验和蛋白质免疫印迹分析共同证明了EGFR相对高表达的A549细胞对EGF@DOX-NPs具有更强的摄取能力。划痕实验表明DOX纳米制剂较游离DOX更能抑制A549细胞的迁移。溶血实验表明PELI作为载体具有良好的生物相容性。3.体内抗肿瘤实验表明RT+EGF@DOX-NPs组在不引起小鼠明显消瘦的情况下具有最强的抑制肿瘤生长能力,且总体生存时间明显延长至36.5天(P<0.05)。RT+EGF@DOX-NPs组肿瘤内的药物含量(0.68±0.08μg/m L)明显高于游离DOX和EGF@DOX-NPs组(P<0.05)。苏木精&伊红染色结果表明游离DOX易引起心肌损伤,而DOX纳米制剂未观察到类似的毒副反应,且RT+EGF@DOX-NPs能够明显抑制肿瘤肝转移。免疫组化结果展示了RT+EGF@DOX-NPs组最低的Ki-67表达水平(10.77%±1.99%)和最高的TUNEL染色区域(61.40%±2.88%),表明RT+EGF@DOX-NPs具有更强的抗肿瘤增殖和促肿瘤凋亡能力。CD34和F4/80染色结果表明,与未照射组相比,放疗3天后肿瘤内血管直径变大,整体形态改善,且肿瘤组织内的肿瘤相关巨噬细胞浸润明显增加(28.92%±3.49%)。小动物PET/CT结果表明RT+EGF@DOX-NPs明显抑制了肿瘤组织的葡萄糖代谢水平。最后,血液学指标结果表明游离DOX具有明显的心脏毒性和肝损害,而DOX纳米制剂能够有效减轻其系统毒性。结论:本研究设计了一种策略,通过低剂量放疗诱导肿瘤局部血管爆裂,促进负载DOX的纳米颗粒在肿瘤部位靶向积累,从而增强肿瘤消融。与游离DOX相比,EGF@DOX-NPs在体内和体外对癌细胞都表现出卓越的细胞毒性,且副作用最小。因此,相较于治疗实体肿瘤的传统化疗,本研究提出的策略是一种具有前景的肿瘤治疗方式。
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