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苏州医工所开发氧化铁、二氧化硅复合纳米粒子增强药物抗癌
2017年08月25日 发布 分类:技术前沿 点击量:3165
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最近,极速5分快三科学院苏州生物医学工程技术研究所课题组开发出一种纳米粒子——Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子。利用该粒子担载黄连素,成功地提高了肿瘤细胞内黄连素的含量,并通过外加磁场的作用,进一步增强了黄连素的抗肿瘤效果。

 

 

古罗马神话中的两面神Janus

 

Janus是古罗马神话中具有前有两张脸的神,即两面神。在上世纪90年代初,这一术语被形象地用以定义具有不同特性的非中心对称的颗粒。这种非对称或非均匀颗粒并不仅仅是形貌的非对称,也包括包括颗粒两面在化学组成及性能方面的不对称性。由于组成不同,颗粒两面在力学、磁学、光学、电学、表面亲疏性等方面表现也不同。

 

 

Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子的形貌性质的表征a)透射电镜b扫描电镜c)磁滞回线 d)氮气脱附吸附曲线。如图所示,该纳米粒子展现了均一的形貌,高的磁性能和极好的介孔性质。

 

Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子具有理化性质稳定,毒性低,生物相容性好,可修饰性强等优势。与传统球型核壳结构的磁介孔二氧化硅纳米粒子相比,Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子由于结构的特殊性,磁头和介孔棒功能上不会相互干扰,在表现出较高的饱和磁化强度的同时具备载药容量大、细胞内吞能力强等特点。因此,非常适合作为化疗药物的载体。

 

 

Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子在肿瘤细胞中细胞内吞作用的研究a) 共聚焦显微镜b)生物电镜。由此可见,该纳米粒子具有细胞内吞作用强的特点。

 

课题组通过实验,探究了Janus型磁介孔二氧化硅作为黄连素药物载体的应用价值。实验结果表明,研究制备的纳米粒子具有均一的形貌,高的磁性能和极好的介孔性质。在肝癌细胞和正常细胞中,空载的纳米粒子均表现了较低的毒性和极好的细胞内吞效果。利用这种纳米粒子担载黄连素,其24小时载药量高达20.7%,并呈现pH响应性释药的特征。相比于单纯的黄连素,相同剂量的磁介孔载黄连素对肝癌细胞展现了更强的杀伤作用,而对于人正常细胞,磁介孔载黄连素的毒性更低。

 

 

Janus磁介孔二氧化硅纳米粒子担载黄连素对人肝癌细胞HepG2a)和人正常肝细胞HL-7702b)的杀伤作用。如图所示,相比于单纯黄连素,Janus型磁介孔二氧化硅纳米载黄连素对肿瘤细胞杀伤效果更强。且外加磁场可以明显地提高该载药系统的抗肿瘤效果。而在正常细胞中,该纳米载药系毒性低于单纯黄连素组。这表明该纳米载药系统对肿瘤细胞和正常细胞具有选择性的杀伤作用。 

 

有趣的是,在外加磁场的作用下,该纳米载药系对人肝癌细胞的抑制作用被进一步增强,而对正常细胞的作用效果不明显。研究人员通过共聚焦显微镜研究了这种现象的作用机制,发现了在人肝癌细胞中,磁介孔载黄连素组中细胞内黄连素明显多于单纯黄连素组,而外加磁场组中细胞内黄连素的量最多。而在人正常细胞中,该纳米载药系统的释放黄连素的量明显少于单纯黄连素组。这种选择性的释放解释了该纳米载药系统高效低毒的作用效果。

 

 

Janus型磁介孔二氧化硅载药系统在人肝癌细胞HepG2a)和人正常肝细胞HL-7702b)中的释放情况。如图所示,在肿瘤细胞中,磁介孔载黄连素组中黄连素进入细胞的量多于单纯黄连素组,而外加磁场组,细胞中黄连素的量最多。而在正常细胞中,磁介孔载药组与磁介孔载药加外加磁场组的黄连素均少于单纯黄连素组。这说明该纳米载药系统高效低毒的治疗效果是由磁场诱导细胞内吞和pH响应性释放共同作用产生的结果。

 

综上所述,该实验证明了Janus型磁介孔二氧化硅纳米粒子是黄连素的优良载体,同时该研究也为利用天然中草药开发有效安全的化疗药物提供了新的思路。相关工作已发表在Chemical biology & Drug design上。

 

参考来源:中科院苏州医工所

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