核苷类似物作为一类非常传统的化疗药物,经常出现在许多恶性肿瘤的标准化疗方案中。但是,仍有许多缺点限制了它们的临床应用,如较差的肿瘤靶向性和血液稳定性、严重的副作用和欠佳的治疗效果。为了解决上述问题,研究人员通过纳米载体递送策略,使核苷类似物抗肿瘤药在血液中实现缓释,延长其半衰期,并凭借载体颗粒的主动或被动靶向性,实现药物的减毒增效。到目前为止,研究人员已经开发出各种各样由人工合成的有机纳米材料或无机纳米材料构成的药物递送系统,并取得了较好的治疗效果,但这些纳米材料的安全性及其在体内降解、代谢的途径还有待进行全面且详细的分析。另外,由于核苷类似物抗肿瘤药普遍水溶性好,这导致了纳米载体的载药量不能准确控制、重复性差等问题,使其工业化生产和临床应用受阻。因此,如何实现核苷类抗肿瘤药的精确载药且纳米载体安全可控,是目前急需解决的重要问题。此外,赋予化疗药物靶向性,对于提高其癌细胞的摄入效率,增强化疗药物治疗效果,降低其毒副作用,将起到至关重要的作用。因此,本文选择脱氧氟尿苷(FUdR,5-氟尿嘧啶的脱氧核苷形式)作为核苷类似物的代表性药物,利用它与正常核苷结构的相似性,通过DNA固相合成技术,将其整合到天然生物大分子DNA链中,然后与靶向HER2的小分子蛋白配体affibody偶联,设计并构建了3个以DNA材料为基础的靶向纳米颗粒,用于HER2阳性乳腺癌和胃癌的靶向治疗,并对其进行了靶向结合、生物降解和抑癌机制等方面的初步分析。具体的研究内容如下:(1)本文设计并构建了一种新的affibody-FUdR-DNA四面体纳米结构(affi-F/TDNs),以实现FUdR的精准载药和靶向递送,并降低其毒副作用。通过DNA固相合成将FUdR整合到四条41-mer DNA链中。将affibody分子连接到其中一条DNA链的末端,以增强药物分子的靶向摄取。然后,自组装构建含有40个FUdR分子的DNA纳米颗粒,其载药率为19.6%。体外测试结果显示,affi-F/TDNs对过表达HER2的乳腺癌BT474细胞具有高选择性和特异性杀伤作用,而在HER2低表达的MCF-7细胞中则表现出低毒性。体内抗肿瘤结果表明,affi-F/TDNs在血液中具有较好的稳定性,实现了肿瘤区域内的积累,发挥了显著的抗肿瘤功效。因此,affibody-DNA四面体作为一种简单有效的主动靶向递送纳米载体,为核苷类抗肿瘤药物的运输提供了新途径。(2)为了实现核苷类似物与作用于DNA的蒽环类化疗药的靶向共递送,并提高两种药物联合化疗的治疗效果,本文利用金纳米颗粒(AuNPs)与DNA链连接的便利性和稳定性,成功构建了整合有寡聚FUdR的affibody-DNA-AuNPs(affi-F/AuNPs),再利用阿霉素(Dox)能嵌入DNA双链的特性,实现了FUdR和Dox的共载。每个新的含双药的affibody-DNA-AuNPs,即Dox@affi-F/AuNPs,含有约30条具有寡聚FUdR的DNA杂合链,载有约800个FUdR分子和200个Dox分子。与FUdR和Dox的简单混合物相比,由于affibody介导的细胞内吞作用,Dox@affi-F/AuNPs表现出对过表达HER2的乳腺癌细胞更高的抑制作用,和更好的协同抗肿瘤活性。相关的机理研究证明,Dox@affi-F/AuNPs通过促进更多的细胞进入到细胞凋亡途径,实现了Dox和FUdR显著的联合抗肿瘤活性。本文的工作为靶向共递送核苷类似物和其他作用于DNA的化疗药物,提供了一个崭新的纳米载药平台,以实现针对HER2阳性肿瘤的协同治疗。(3)联合化疗是一种降低药物毒副作用,提升治疗效果的重要癌症治疗策略。然而,具有不同溶解特性的化疗药物在传统的药物递送系统中不容易实现共同运输。因此,本文首先将寡聚FUdR集成在affibody修饰的G-四链体DNA胶束中,构建了新的靶向DNA纳米药物载体(affi-F/GQs)以解决上述问题。affi-F/GQs在一系列测试中表现出良好的稳定性和靶向性。然后,利用姜黄素(Cur)的疏水性,将其封装到DNA胶束的疏水内核中,获得了同时装载FUdR和Cur的affi-F/GQs,即Cur@affi-F/GQs。其中,FUdR和Cur的载药率分别为21.1%和5.5%。与FUdR和Cur的物理混合物相比,Cur@affiF/GQs对HER2过表达的胃癌N87细胞显示出更高的细胞毒性和协同作用。此外,抗癌机制研究表明,Cur@affi-F/GQs增强了FUdR诱导的凋亡途径中相关蛋白的产生和活性。这项研究为同时递送溶解度显著不同的化疗药提供了一种有潜力的新载体。