Zielgerichtete Chemotherapie: Aptamer-funktionalisierte mesoporöse Silica-Nanopartikel liefern Doxorubicin direkt zu Leukämiezellen

Zusammenfassung

Wie chemotherapeutische Medikamente effizient und selektiv zu Tumorzellen geliefert werden können, um die therapeutische Wirksamkeit zu verbessern, bleibt ein schwieriges Problem. Wir konstruieren hier ein effizientes zielgerichtetes Drug-Delivery-System (Sgc8-MSN/Dox) basierend auf aptamer-modifizierten mesoporösen Silica-Nanopartikeln, das auf der Tumor-Targeting-Fähigkeit des Aptamers Sgc8 beruht, um Doxorubicin (Dox) gezielt an Leukämiezellen zu liefern, wodurch therapeutische Wirksamkeit verbessert und Toxizität reduziert wird. In dieser Arbeit zeigte Sgc8-MSN/Dox anhaltende Dox-Freisetzung und zielte effizient auf humane akute T-Lymphozyten-Leukämiezellen (CCRF-CEM) ab und tötete diese, was Potenzial als Krebstherapie suggeriert.

Einleitung

Akute lymphoblastische Leukämie (ALL) ist ein heterogener bösartiger Tumor, der die menschliche Gesundheit ernsthaft gefährdet. Jährlich werden in den USA etwa 6000 Fälle von akuter lymphoblastischer Leukämie diagnostiziert, besonders bei Kindern und Jugendlichen. ALL ist der häufigste Krebs bei Kindern und die häufigste Ursache für Krebstod vor dem 20. Lebensjahr.

Chemo-Strahlentherapie und Knochenmark-Hämatopoetische Stammzelltransplantation sind Standardbehandlungen für ALL. Strahlentherapie ist mit erheblichen systemischen Nebenwirkungen verbunden und die optimalen Bestrahlungsorte sind unklar. Knochenmark-Hämatopoetische Stammzelltransplantation ist oft nicht machbar wegen Kosten, Patientenalter und Mangel an Spendermark. Chemotherapie kann effektiv sein, um entfernte Herde zu eliminieren und Rezidive zu verhindern, aber nur ein Bruchteil der meisten Antitumor-Medikamente erreicht Tumoren über die Zirkulation. Dies resultiert in niedriger Medikamenten-Bioverfügbarkeit und schlechter Selektivität für kranke gegenüber normalen Zellen, was das Risiko schwerer Nebenwirkungen und Medikamentenresistenz erhöht.

Nano-Drug-Delivery-Systeme können viel effektivere und gezielte Lieferung von Antitumor-Medikamenten bieten als die Medikamente allein, einschließlich medikamentenfreisetzung, die durch spezifische Bedingungen der Tumormikroumgebung ausgelöst wird. Unter solchen Systemen haben mesoporöse Silica-Nanopartikel (MSNs) Aufmerksamkeit erregt wegen ihrer großen, modifizierbaren Oberfläche; ihrem einstellbaren Porenvolumen, fähig verschiedene Mengen und Arten von Medikamenten zu tragen; und ihrer guten Biokompatibilität. Oberflächenmodifikationen mit funktionalen Reaktionsgruppen ermöglichen die Erstellung von MSNs, die ihr Medikament unter spezifischen Bedingungen freisetzen, während Modifikationen mit Targeting-Molekülen die MSNs führen, ihr Medikament selektiv an gewünschtes Gewebe zu liefern.

Eine Art Targeting-Moleküle, kompatibel mit MSNs, sind Aptamere, die einzelnsträngige DNA oder RNA sind, die als "chemische Antikörper" fungieren, um spezifisch und fest an Targets zu binden. Aptamere sind kleiner und einfacher herzustellen und zu modifizieren als monoklonale Antikörper, sie penetrieren Gewebe besser und zeigen geringere Toxizität und Immunogenität. Daher werden Aptamere breit für Tumordetektion und zielgerichtete Chemotherapie verwendet. Die SELEX-Methode wurde verwendet, um ein Aptamer, Sgc8, zu identifizieren, das spezifisch an CEM humane akute T-Lymphozyten-Leukämiezellen bindet. Sgc8 erkennt Protein-Tyrosin-Kinase-7 (PTK-7) auf der CEM-Zellmembran. Hinzufügen von Sgc8 zu chemotherapeutischen Medikamenten und bestimmten Nanomaterialien kann Targeting und Tötung von Leukämiezellen verbessern.

Wir haben ein Sgc8-Aptamer-modifiziertes fluoreszierendes Silica-Nanopartikel-System (Sgc8-FSNPs) für die Detektion von Leukämiezellen mit hoher Sensitivität und Spezifität entworfen, was sich nicht nur für die Diagnose von Leukämie, sondern auch für die gezielte Lieferung von Antileukämie-Medikamenten als nützlich erwies. Basierend auf dieser Arbeit kapselten wir in der vorliegenden Studie Doxorubicin (Dox) in MSNs, die wir mit Sgc8 dekorierten (Abb. 1). Die resultierenden Sgc8-MSN/Dox zeigten gute Morphologie und Größe für Drug Delivery, und die Nanopartikel wurden in Kultur selektiv von Leukämiezellen aufgenommen, was zu effektiver Tötung von Tumorzellen führte. Der Zweck dieser Studie ist zu zeigen, dass aptamer-modifizierte mesoporöse Silica-Nanopartikel nicht nur Tumore zielgerichtet diagnostizieren können, sondern auch Tumore durch Beladung mit Medikamenten töten können, um Ideen für tumor-targetierte Theranostik zu liefern.

Experimentelle Materialien und Methoden

Reagenzien und Materialien

Doxorubicin-Hydrochlorid (Dox) wurde von Beijing Huafeng United Technology (Beijing, China) erworben. Analytischer Grad Tetraethylorthosilikat (TEOS) und 3-Triethoxysilylpropylamin (APTES) wurden von Shanghai Chemical Reagent Factory I (Shanghai, China) und Cetyl-Trimethylammoniumbromid (CTAB, 99 % Reinheit) von Shanghai Jizhi Biochemical Technology (Shanghai, China) bezogen. Alle anderen Reagenzien waren analytischer Grad. Carboxyl-modifiziertes Sgc8-Aptamer (5'-ATCTAACTGCCGCCGCGGGAAAATGTACGGTTAG(T)₁₀-COOH-3') wurde von Shanghai Bioengineering (Shanghai, China) synthetisiert.

Zelllinien

Folgende Zelllinien wurden von der Zellbank der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Shanghai, China) erworben: die humane akute T-Lymphozyten-Leukämiezelllinie CCRF-CEM, die humane Burkitt-Lymphom-B-Zelllinie Ramos, die humane normale Leberzelllinie L02 und die humane embryonale Nierenzelllinie 293T. Alle Zelllinien wurden bei 37 °C unter 5 % CO₂ in DMEM kultiviert, supplementiert mit 10 % fetalem Kälberserum (FBS, Hyclone) und Penicillin-Streptomycin (Gibco, Grand Island, NY, USA).

Herstellung von Sgc8-MSN/Dox

MSNs wurden wie beschrieben hergestellt, indem 0,50 g CTAB in 240 ml ultrareinem Wasser gelöst, 1,75 ml 2 M NaOH-Lösung zugegeben und bei 80 °C in einem Ölbad erhitzt wurde. Unter starkem Rühren wurde 2,50 ml TEOS tropfenweise langsam zugegeben, und das Gemisch wurde 2 h kontinuierlich gerührt, bis ein weißer Niederschlag erhalten wurde. Dann wurde das Gemisch bei 10.000 rpm für 10 min zentrifugiert, der Überstand entfernt, der Niederschlag dreimal abwechselnd mit ultrareinem Wasser und anhydrem Ethanol gewaschen, und dann der Niederschlag über Nacht bei 60 °C in einem Vakuumofen getrocknet, um MSNs zu erhalten.

Sgc8-MSN/Dox wurde erhalten, indem 0,2365 g MSNs in einem Dreihalskolben mit 23,65 ml absolutem Ethanol gemischt, 710 µl APTES tropfenweise zugegeben und 24 h unter Rückfluss erhitzt wurde. Das Gemisch wurde dreimal abwechselnd mit Methanol-HCl-Lösung (4:1) und deionisiertem Wasser gewaschen, dann getrocknet, um MSNs-NH₂ zu erhalten. Bei Raumtemperatur wurde MSNs-NH2 Material in ein 10-ml-Zentrifugenröhrchen gegeben und in geeigneter Menge Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (PBS) dispersiert, dann Dox (5 mg/ml) tropfenweise zugegeben, und das Gemisch wurde 24 h gerührt. Schließlich wurde carboxyl-modifiziertes Sgc8-Aptamer (100 nM/ml) zugegeben, und das Gemisch wurde 1 h gerührt, zentrifugiert und mit PBS gewaschen, bis es farblos wurde, was Sgc8-MSN/Dox ergab.

Charakterisierung von Sgc8-MSN/Dox

Röntgenbeugungsmuster (XRD) der Nanopartikel wurden mit einem XRD D4 Diffraktometer (Bruker Inc., Deutschland) gemessen. N₂ Adsorptions-Desorptions-Isothermen wurden mit spezifischer Oberfläche und Porengrößenanalysator (TriStar 3000, GA Inc., USA) gemessen. BET-Oberflächen wurden aus dem BET-Plot berechnet. Porengrößenverteilung wurde aus dem Adsorptionszweig der Isotherme nach BJH-Methode geschätzt. Partikelgröße und elektrostatisches Potenzial wurden mit dem Nano S Dynamischen Lichtstreuungsanalysator (Malvern Instruments, UK) gemessen. Messungen wurden für jede Probe dreimal durchgeführt und gemittelt. Partikelgröße und Morphologie wurden auch durch Transmissionelektronenmikroskopie (H-7650, Tokyo, Japan) bei einer Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung von 100 kV bewertet. Gleichzeitig wurde die Konjugation des Sgc8-Aptamers an die MSN-Oberfläche durch FT-IR-Spektroskopie (Nicolet-5700, USA) bewertet. Um die Effizienz der aptamer-modifizierten MSN/Dox zu detektieren, sammelten wir den Waschüberstand im Prozess der Herstellung von Sgc8-MSN/Dox und maßen den Ultraviolett-Absorptionswert bei 260 nm, und dann mit der Standardkurvenmethode die Menge ungebundener Aptamer bestimmt. So kann die Menge der Aptamer-Modifikation berechnet werden, indem die Menge des ungebundenen von der gesamten zugegebenen Menge subtrahiert wird.

Dox-Freisetzung aus Sgc8-MSN/Dox

Freisetzung von Dox aus Sgc8-MSN/Dox wurde in vitro wie folgt gemessen. Sgc8-MSN/Dox (10 mg) wurde in 10 ml Puffer bei pH 5,0 oder 7,4 bei 37 °C gelöst und bei 100 rpm geschüttelt. Zu vorgegebenen Zeitpunkten wurden Proben entnommen, bei 5000 rpm für 10 min zentrifugiert, und der Überstand wurde auf Dox mittels Spektrophotometrie wie von Thermo Scientific Microplate Reader (81 Wyman Street, Waltham, USA) bei 482 nm beschrieben, bestimmt.

Targeting-Fähigkeit von Sgc8-MSN/Dox

CEM oder Ramos Zellen (3 × 10⁶) in PBS wurden zu 15-ml-Zentrifugenröhrchen gegeben und mit Sgc8-MSN/Dox oder MSN/Dox (Aptamer-Konzentration, 200 nM) gemischt. Röhrchen wurden bei 37 °C für 20–30 min inkubiert, dann Zellen durch Zentrifugation gesammelt, 3-mal mit PBS gewaschen, mit 4 % Paraformaldehyd für 30 min fixiert und 3-mal mit PBS gewaschen. Zellen wurden 5 min mit 1 mg/ml DAPI inkubiert, 3-mal mit PBS gewaschen und zentrifugiert. Der Zellpellet wurde in PBS resuspendiert und auf Objektträger für Analyse durch Fluoreszenz-Confokalmikroskopie (Nikon DS-Ri1; Tokyo, Japan) aufgebracht.

In separaten Experimenten wurden CEM und Ramos Zellen (3 × 10⁵) in logarithmischer Wachstumsphase in einer Mischung von 50 µl PBS, 45 µl Bindungspuffer [PBS supplementiert mit 5 mM MgCl₂, 4,5 g/l Glucose und 1 mg/ml Bovines Serumalbumin (BSA)], und 10 µl FBS [PBS supplementiert mit 1 mg/ml Bovines Serumalbumin (BSA)] resuspendiert, enthaltend die angegebenen Materialien bei einer Aptamer-Konzentration von 200 nM. Das Gemisch wurde 30 min bei 4 °C im Dunkeln geschüttelt. Zellen wurden in Waschpuffer gewaschen, bei 1000 rpm für 5 min zentrifugiert, dann noch 3-mal gewaschen. Schließlich wurden Zellen in 500 µl Waschpuffer resuspendiert und durch Durchflusszytometrie (Beckman Coulter Epics X L; Beckman Coulter, Inc., Brea, CA, USA) analysiert.

Zytotoxizität von MSNs

Zytotoxizität von MSNs ohne Dox oder Aptamer wurde mit der MTT-Methode bewertet. CEM, Ramos, 293T und L-02 Zellen in logarithmischer Wachstumsphase wurden zu 96-Well-Platten (1,5 × 10⁴/Well) gegeben. MSNs (100 µl) wurden zu jedem Well zugegeben, und die Platten wurden in einem 5 % CO₂ Inkubator bei 37 °C für 24 oder 48 h kultiviert. MTT (20 µl) wurde zu jedem Well zugegeben, die Platten wurden bei 37 °C für weitere 30 min inkubiert, dann wurden die Platten bei 1500 rpm für 10 min zentrifugiert, und Kulturoberstände wurden verworfen. DMSO (200 µl) wurde zu jedem Well zugegeben, die Platten wurden 10 min im Dunkeln geschüttelt, und dann wurde optische Dichte (OD) bei 570 nm mit einem automatisierten Mikroplattenleser gemessen. Jede Probe wurde mit sechs Replikaten getestet, und Ergebnisse wurden als Mittelwert ± SD ausgedrückt.

Zelltötung durch Sgc8-MSN/Dox

CEM, Ramos, 293T und L-02 Zellen in 96-Well-Platten (1 × 10⁵ Zellen pro Well) wurden 24 h mit freiem Dox, MSN/Dox oder Sgc8-MSN/Dox bei Dox-Konzentrationen von 1, 5, 10, 15 oder 20 µg/ml inkubiert. Um weiter zu bestätigen, dass Sgc8-MSN/Dox tatsächlich zielgerichtet CEM-Zellen über Aptamer-Rezeptor tötete, inkubierten wir zuerst ausreichend Sgc8-Aptamer mit CEM-Zellen für 2 h, dann inkubierten wir mit Sgc8-MSN/Dox bei Dox-Konzentration von 20 µg/ml für 24 h. Vitalität wurde mit dem MTT-Assay wie im Abschnitt "Zytotoxizität von MSNs" beschrieben verglichen.

Statistische Analyse

Ergebnisse wurden statistisch mit Student's t-Test und Einweg-Varianzanalyse mit Least Significance Difference Test analysiert. Alle Analysen wurden mit GraphPad Prism 6.02 (GraphPad Software, San Diego, CA, USA) durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Charakterisierung von Sgc8-MSN/Dox

Röntgenbeugungsdaten zeigen, dass die synthetisierten Nanopartikel einen typischen Beugungspeak hexagonaler Mesoporen im X-Bereich aufweisen (Abb. 2a), was die Struktur von MSN bestätigte. Um spezifische Oberfläche, Porengrößenverteilung und mesoporöse Parameter von MSN weiter zu untersuchen, führten wir einen Stickstoff-Adsorptions-Desorptionstest an MSN durch. Die N₂ Adsorptions-Desorptions-Isothermen von MSN (Abb. 2b) zeigen eine Typ-IV-Isotherme-Charakteristik, was mesoporöse Eigenschaften anzeigt. Die nach BET-Modell berechnete Oberfläche beträgt 1389 m²/g. BJH-Kurve zeigt, dass die Porengrößenverteilung der Partikel eng ist (Abb. 2b, Inset). Die Porengröße beträgt 5,23 nm, und das Porenvolumen beträgt 2,51 cm³/g. Die große spezifische Oberfläche und Porenvolumen und reichen Mesoporen ermöglichen stärkere Medikamentenbeladungskapazität und Potenzial als exzellenter Drug Carrier. Elektronenmikroskopie zeigte Sgc8-MSN/Dox mit guter Dispergierbarkeit und uniformer Größe, sphärischer oder elliptischer Form (Abb. 3a). Der durchschnittliche Zeta-Potenzial von MSN/Dox in PBS betrug -26,53 mV, was auf -33,87 mV in Sgc8-MSN/Dox abfiel (Abb. 3b), was die negative Ladung auf dem Sgc8-Aptamer widerspiegelt. Porenkanäle auf der Oberfläche des mesoporösen Siliciums wurden beobachtet. In PBS zeigte MSN/Dox eine durchschnittliche hydratisierte Partikelgröße von 98,35 nm, die auf 103,24 nm nach Verknüpfung des Sgc8-Aptamers zu Sgc8-MSN/Dox anstieg (Abb. 3 c, d). Um die erfolgreiche Konjugation von Sgc8-MSN/Dox weiter zu bestätigen, wurde FT-IR-Spektroskopie-Analyse durchgeführt. Das Infrarotspektrum ist in Abb. 3e gezeigt. Peaks bei 3400 cm⁻¹, 1100 cm⁻¹ und 500 cm⁻¹ sind charakteristische Peaks von Silica. Der Peak bei ~2400 cm⁻¹ ist der Peak des CTAB-Template-Agents. Der Peak bei ~1600 cm⁻¹ ist NH₂ Peak. Der um 1700 cm⁻¹ auftretende Peak wird als C=O Bindungsdehnungscharakteristischer Peak des Clusters von Dox angesehen, das in MSNs geladen ist. Der neue Peak bei 1650 cm⁻¹ ist auf die Schiffsche Base (–C=N–) zurückzuführen, die durch Reaktion von Sgc8 mit NH2-MSN/Dox erzeugt wird. Diese Beweise beweisen, dass das Sgc8-MSN/Dox Drug Delivery System erfolgreich hergestellt wurde. Um die Effizienz der aptamer-modifizierten Sgc8-MSN/Dox zu detektieren, verwendeten wir einen UV-Spektrophotometer, um die Absorptionsdichte (OD) des Aptamers bei 260 nm zu messen, und berechneten die Aptamer-Modifikations-effizienz an Nanopartikel basierend auf der OD-Wert-Änderung vor und nach Aptamer-Modifikation an der Nanopartikeloberfläche. Die Ultraviolett-Absorptions (UV-Vis) Spektren der Aptamer-Lösung und des Überstands sind in Abb. 3e gezeigt. Nach Berechnung betrug die Menge der Sgc8-Aptamer-Modifikation an Sgc8-MSN/Dox etwa 6,87 nmol mg^–1 Sgc8-MSN/Dox.

Dox-Freisetzung aus Sgc8-MSN/Dox In Vitro

MSN/Dox und Sgc8-MSN/Dox setzten ihre Medikamentenfracht langsam bei pH 7,4 frei: nicht mehr als 50 % des Medikaments wurde innerhalb von 96 h freigesetzt (Abb. 4). Dies deutet darauf hin, dass MSNs langsame Medikamentenfreisetzung über 96 h unterstützen können, wahrscheinlich weil das Medikament sich über die internen Kanäle des mesoporösen Siliciums verteilt. Freisetzung war viel schneller bei pH 5,0, mit Freisetzungsraten von 60 % bis 48 h und > 80 % bis 96 h. Dox-Freisetzungskurven waren für Sgc8-MSN/Dox und MSN/Dox fast identisch, was suggeriert, dass Aptamer-Ligation die Nanopartikelstruktur nicht beeinflusst. Die größere Freisetzung bei saurem pH ist nützlich, weil Tumorzellen in einer schwach sauren Umgebung sind und Sgc8-beschichtete Nanopartikel in Endosomen internalisiert werden. Unsere Ergebnisse unterstützen die Idee, dass mesoporöses Silicium Medikamentenfreisetzung in saurer Umgebung beschleunigen kann.

Targeting von Leukämiezellen durch Sgc8-MSN/Dox In Vitro

Wir untersuchten Nanopartikel-Aufnahme durch CEM T-Lymphozyten-Leukämiezellen als Target-Zellen und Ramos B-Lymphomzellen als Nicht-Target-Zellen. Basierend auf Durchflusszytometrie internalisierten Nicht-Target-Zellen MSN/Dox in ähnlichem Ausmaß wie Sgc8-MSN/Dox, während Target-Zellen die aptamer-beschichteten Nanopartikel in viel größerem Ausmaß internalisierten als MSN/Dox (Abb. 5a). Konsistent mit diesen Ergebnissen zeigte Fluoreszenz-Confokalmikroskopie starke Dox-Fluoreszenz (rot) innerhalb von CEM-Zellen, die Sgc8-MSN/Dox ausgesetzt waren, aber nicht innerhalb von Ramos-Zellen, die gleicherweise behandelt wurden (Abb. 5b). Diese Ergebnisse reflektieren die etablierte Fähigkeit des Sgc8-Aptamers, Leukämiezellen zu targeten. Sgc8 erkennt PTK-7 auf der Oberfläche von CEM-Zellen, rekrutiert Nanopartikel an die Oberfläche und macht deren Aufnahme effizienter. Unsere Ergebnisse suggerieren, dass Sgc8-MSN/Dox PTK-7-exprimierende Krebszellen an primären sowie sekundären Stellen oder in Zirkulation targeten kann, was es nützlich für Metastasen-Kontrolle macht. Es könnte möglich sein, unseren MSN-Ansatz auf andere Aptamere mit anderen Targeting-Spezifitäten zu erweitern.

Zytotoxizität von MSNs

Angesichts der Wichtigkeit von Biosicherheit für Nano-Drug-Delivery-Systeme untersuchten wir zuerst die Toxizität von leeren MSNs gegen CEM, Ramos, 293T und L-02 Zellen. Vitalität aller Zelllinien blieb über 90 % sogar nach 48-h Inkubation mit bis zu 100 µg/ml MSNs (Abb. 6). Dies suggeriert, dass MSNs nahezu vernachlässigbare Zytotoxizität zeigen.

Als Nächstes untersuchten wir die Fähigkeit von Sgc8-MSN/Dox, Target-Tumorzellen (CEM-Zellen) und Nicht-Target-Zellen (Ramos, 293T und L-02 Zellen) zu töten. Die Zellen wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen von freiem Dox, MSN/Dox oder Sgc8-MSN/Dox für 24 h inkubiert, und dann wurde Vitalität mit dem MTT-Assay bewertet. Gegen Target-CEM-Zellen zeigte freies Dox leicht größere Toxizität als die beiden MSN-Formulierungen, während Sgc8-MSN/Dox signifikant toxischer war als MSN/Dox bei gleicher Medikamentenkonzentration (Abb. 7). Gegen Ramos, 293T und L-02 Zellen zeigte freies Dox signifikant größere Toxizität als die MSN-Formulierungen, die ähnliche Toxizität mit oder ohne Sgc8 aufwiesen. Um weiter zu bestätigen, dass Sgc8-MSN/Dox tatsächlich zielgerichtet CEM-Zellen über Aptamer-Rezeptor PTK-7 tötete, inkubierten wir zuerst ausreichend Sgc8-Aptamer mit CEM-Zellen für 2 h, um die Bindungsstelle zu blockieren, und ko-inkubierten dann mit Sgc8-MSN/Dox. Der MTT-Assay zeigte, dass freies Aptamer keine Toxizität für CEM-Zellen hatte, und nach Blockierung der Bindungsstelle durch ausreichend Sgc8-Aptamer zeigte Sgc8-MSN/Dox signifikant weniger Toxizität als die freie Sgc8-MSN/Dox-Gruppe (Abb. 7e). Diese Ergebnisse heben die Fähigkeit des Aptamers hervor, Drug Delivery zu targeten und die Tötung von Target-Zellen zu verstärken. Solches Targeting kann helfen, die Aufnahme von Medikamenten durch Nicht-Target-Zellen zu reduzieren sowie die Verwendung niedrigerer Dosen zu erlauben; beide Effekte können das Risiko toxischer Nebenwirkungen reduzieren.

Aptamere können als Leitmoleküle für die Lieferung von Medikamenten und verschiedenen Makromolekülen oder Nanoträgern zu Tumorzellen verwendet werden, manchmal kann Aptamer auch als Therapeutikum wirken. Zum Beispiel kann AS1411-Aptamer spezifisch an Nukleolin binden, und Nukleolin wird in und auf der Oberfläche von Tumorzellen exprimiert, involviert in Zelldifferenzierung, Überleben, Entzündung, Angiogenese und Tumorentwicklung. AS1411-Aptamer kann Wachstumsinhibition von Xenotransplantat-Modellen (Nierenkrebs, Lungenkrebs, MX1 Brustkrebs und Pankreaskrebs) durch Bindung an Nukleolin induzieren. Zudem wurden AS1411-Aptamer-funktionalisierte, Doxorubicin-beladene Liposomen (Apt-Dox-Lip) an Brustkrebs getestet, und Ergebnisse zeigten großes Anwendungspotenzial. Aptamere waren erfolgreich in einer breiten Palette klinischer Studien wegen ihrer exzellenten Eigenschaften. Der erste Aptamer wurde 2005 von der FDA zugelassen, seitdem haben immer mehr Aptamere klinische Studien erreicht. Aptamere wurden auf Antitumor-Klinische Studien angewendet, einschließlich Prostatakrebs, Lungenkrebs, akute myeloische Leukämie usw. Es ist zweifellos, dass diese aptamer-bezogenen klinischen Studien neue Hoffnung geben, den konventionellen Therapiestil zu ändern.

In jüngsten Jahren wurden Aptamere mit verschiedenen Nanomaterialien für gezielte Tumortherapie kombiniert. Man kann sehen, dass Aptamere außergewöhnliche molekulare Erkennungs- und Targeting-Fähigkeiten haben. Dennoch gibt es noch einige Probleme, die in der Entwicklung der Anwendung von Aptameren nicht ignoriert werden können, wie ob Nukleasen die Stabilität von Aptameren in vivo beeinflussen, ob Aptamere kleiner Moleküle in den Körper gelangen und schnell durch das renale System entfernt werden, und ob die tatsächliche Targeting-Leistung in vivo machbar ist. Um das volle Potenzial aptamer-basierter gezielter Nanomaterialien auszuschöpfen, bleiben mehr In-vivo-Tests und klinisch relevante Experimente der Fokus aktueller Forschung. Gleichzeitig ist Theranostik von Tumoren eine wichtige Richtung für zukünftige Entwicklung, und Design und Herstellung multifunktionaler biologisch funktionaler Materialien sind zweifellos der Entwicklungstrend.

Schlussfolgerung

Wir haben ein aptamer-modifiziertes MSN-Delivery-System konstruiert, das effizient Leukämiezellen targeten und Dox-Aufnahme fördern kann. Dieses Targeting, gekoppelt mit der Fähigkeit von MSNs, Medikamentenfracht langsam und präferenziell unter sauren Bedingungen freizusetzen, kann helfen, das Delivery-System an Tumorstellen anzureichern und Zellen kontinuierlich zu töten. Es könnte möglich sein, nahezu jede Art von Tumorzellen mit diesem MSN-Ansatz zu targeten, indem geeignete Aptamere ausgewählt werden. Aber es darf nicht ignoriert werden, dass Sgc8-MSN/Dox auch die oben genannten Probleme haben kann, und seine In-vivo-Stabilität und Targeting noch weitere Studien benötigen. Als Nächstes werden wir die vorherige Forschung kombinieren, um das Drug-Delivery-System mit sowohl Diagnostika als auch Medikamenten zu beladen, was ihm die theranostische Funktion gezielter Diagnose und gezielter Behandlung verleiht.

Abkürzungen

MSN:

Mesoporöse Silicium-Nanopartikel

Dox:

Doxorubicin

Sgc8-MSN/Dox:

Aptamer-modifiziertes mesoporöses Silica Drug Delivery System

PTK-7:

Protein-Tyrosin-Kinase-7

TEOS:

Tetraethylorthosilikat

APTES:

3-Triethoxysilylpropylamin

CTAB:

Cetyl-Trimethylammoniumbromid

CEM:

CCRF-CEM Zellen

PBS:

Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung