胃肠道肿瘤纳米靶向治疗进展

胃肠道肿瘤是严重危害人类健康的疾病。据统计,全世界每年胃癌新发病例超过⒇万,因胃癌死亡人数约70万,我国每年新发胃癌人数达硐万,死亡人数近30万,发病率和病死率均是世界平均水平的2倍之多;而全球每年结直肠癌新发病例超过100万,且发病率有逐年上升趋势[l]。目前对胃肠道肿瘤的治疗主要采用手术、化疗、放疗、生物治疗等方法,对于已经发生远端转移的胃肠道肿瘤则主要采用化疗。然而化疗药物不能准确定位,在杀死肿瘤细胞的同时也对正常组织产生极大地抑制作用,因而其在临床上的应用受到了极大地限制。近年来,各类新兴纳米材料不断涌现,由于纳米粒子可借助于特异性的表面化学结构远距离靶向定位于肿瘤组织从而极大地减小全身性不良反应,因而它在胃肠道肿瘤中的治疗——尤其是伴有远处转移的胃肠道肿瘤的治疗中的作用越来越受到人们的重视。纳米载体的出现,彻底改变了胃癌及其他肿瘤的传统治疗模式,使化疗药物在体内的分布更合理,靶向性更强,不良反应更轻,并且能对抗肿瘤细胞的耐药机制。在胃癌淋巴靶向化疗中应用纳米载体,不仅能够获得更好的疗效,还能指导手术,改进患者的生活质量,具有广阔的应用前景。

1纳米材料及其靶向肿瘤

纳米材料品种丰富,临床试验研究中常用的有金属纳米粒子、二氧化硅纳米粒子、碳纳米管、脂质体等,其大小一般为1~100nm。纳米材料具有量子效应、高表面秭/体积及光学、电磁学等方面的性能,也可借助其表面可调的化学结构主动或被动结合肿瘤组织,因而在肿瘤治疗领域具有十分广阔的前景。纳米材料定位肿瘤组织一般可分为被动定位和主动定位。由于肿瘤的脉管系统具有高透水性、可漏性并缺乏有效的淋巴引流,因此能够允许纳米粒子在肿瘤细胞间隙优先积聚,这个效应称为纳米粒子的被动定位效应。然而,只有具有合适直径和特定表面化学结构的纳米粒子才能特异性地从肿瘤血管中漏出,亲水性纳米颗粒直径一般为1~100nm,既能从肿瘤血管中漏出,又能避免被肾滤过。此外,聚乙烯乙二醇(Ptolycthylcne glycd,PEG)表面修饰过的纳米粒子能有效躲过体内抗原呈递系统,为纳米粒子在体内应用提供了可能。纳米粒子还能和生物大分子(如激素、抗体等)结合,主动靶向受体组织。研究表明,很多肿瘤细胞能高表达特定受体:30%的胃癌高表达HER2受体;35%~四%的胃癌高表达EGFR受体,而它们在正常胃组织中的阳性率为2%~5%。PEG含丰富的羧基,抗体分子含有的大量氨基能轻易与其结合形成肽键,这为抗体连接纳米粒子提供了可能。2000年,Clle吧等[4]已成功将HER2与纳米粒子连接到一起,为纳米粒子体内靶向提供了新的方向。将特异性抗体连接到纳米粒子上使其定向结合到肿瘤组织,已成为当下研制纳米抗肿瘤药物的热点。

2纳米材料在胃肠道肿瘤治疗中的作用

2.1射频消融

射频消融是通过在患者体内传递电流来达到治疗目的的。射频探测器能在治疗区域附近发射一系列高频率(375~500kHz)交流电,在探测器一端和一个或多个接地垫之间形成高电压,使组织内产生快速震荡的离子,产生热量,再通过热传导把热量传递到远处。一般而言,温度达到50℃~ω℃即能引起细胞凝集、坏死,温度超过0O℃则能瞬间杀死细胞,温度超过100℃可引起组织沸腾和碳化[5]。金属纳米粒子的特性能够和传统的射频消融技术很好的结合起来。用于射频消融治疗时,纳米材料也能产生超过50℃的温度[6],产生的热量同样能导致肿瘤组织的凝集、坏死。Ruan等[7]将特异性结合于间叶干细胞(M∞cl·c”ma1哎em cells,MsC)的免疫荧光纳米粒子注射到皮下荷载有胃癌细胞的裸鼠体内,每隔7d将该裸鼠置于63kHz、7kA/m的磁场中作用4血n,1个月后发现,肉眼、磁共振和免疫荧光呈像中皮下肿瘤均明显缩小。研究表明,将磁性纳米粒子注入荷载有MKN-笱胃癌细胞的裸鼠体内后发现,约有30%裸鼠的病理标本中癌细胞大量死亡,并且磁性纳米粒子连接化疗药物较单纯应用化疗药物抗癌效果更好[7]。

2.2光敏疗法

光敏疗法应用于临床已有20多年的历史,主要用于头颈部恶性肿瘤、食管、膀胱、肺、乳腺等恶性肿瘤的治疗[:]。用于肿瘤治疗的波长为“5~%0nm,光敏剂能通过介导低氧及饥饿介导肿瘤细胞脉管系统损坏,光敏治疗后引起的炎性介质反应也能够杀死残存的肿瘤细胞。纳米材料用于光敏疗法主要是与光敏剂结合,共同作用于肿瘤组织。纳米材料和光敏剂结合后的复合物具有亲水性强、细胞毒性弱、降解快、曝光迟等优点。此外,纳米材料还能防止光敏剂渗漏,从而提高光敏剂的生物利用效率,保护健康组织。多种纳米材料可用作光敏剂的载体,如高分子纳米粒子、脂质体、硅、金属纳米粒子等。2011年,Huang等[9]将光敏剂Cc6(Chlo⒒ne6)通过碳烷耦联剂共价结合到纳米粒子上,同时也保留了C甾的磁共振呈像和近红外区的治疗作用。结合了Ce6的磁性纳米粒子能通过被动靶向作用在近红外区诱导小鼠胃癌细胞呈像,并特异性地杀死癌细胞。

2.3诱导氧化应激

氧化应激是由于细胞内活性氧增加和抗氧化剂减少导致的氧化还原态失衡。肿瘤组织本身能导致氧化应激增强,但如果活性氧化物(ReactiⅤe clxygen qpecies,ROS)足够高,则能导致细胞DNA、蛋白质和脂质膜变性,进而导致细胞死亡。因此,如果能诱导肿瘤细胞产生足够多的ROS,也能够杀死肿瘤细胞。纳米粒子能够诱导ROS产生原因如下:(1)在生物学环境中,纳米粒子本身就能促进ROS的产生;(2)纳米粒子能结合ROS诱导剂;(3)纳米粒子能干扰正常的氧化应激,通过清除抗氧化剂而提高ROS水平。2011年,h等[12J成功地将紫杉醇/汉防已甲素(Pachtaxel/Tctrandrine,Pt√Tct)封装到纳米粒子上,由此提供了一个新的基于“氧化治疗”的策略,该策略以Tet作为亲氧化剂,通过细胞内吞结合Ptx/Tet的纳米材料而提高Ptx的抗肿瘤效应。细胞抗Ptx化疗药物的能力与细胞的抗氧化能力有关,细胞内抗氧化能力的枯竭能提高Ptx的细胞毒性作用。此外,生物纳米粒子聚合物的应用也能减少紫杉酚的不良反应,但仅载有紫杉酚的纳米粒子在水相中不稳定,将Tet与Ptx共同封装在mPEG~PCL纳米粒子里共同转运则能显著提高它在水相中的稳定性。

2.4靶向遗传物质

通过高效安全的方式将治疗性基因引人肿瘤细胞,是当下肿瘤基因治疗的关键问题。自杀基因已经被证实能有效地抑制肿瘤细胞的生长,但是对肿瘤特异性识别的缺乏限制了它在临床上的应用,因此开发自杀基因的定位系统在肿瘤的治疗中有很大的前景。纳米粒子能有效地将治疗基因传递给癌细胞,是一种理想的载体。2006年,Liu等用磷酸钙纳米粒子(CNPs)将CMⅤ土曾强子和癌胚抗原(CEA)启动子与自杀基因匹Dg1yTK结合构成的复合物转移到胃癌SGC7901细胞中,免疫荧光显示,yCD匪只表达在CEA阳性的癌细胞里,而CEA阴性的细胞不表达。瘤内注射CPNP-匹DglyTK,然后5-FC管里在裸鼠胃癌细胞里产生显著回归。CPNPs与自杀基因的结合为靶向治疗胃癌提供了一个新的途径。此外,2008年Hc等发现,C铌03纳米粒子也能有效地传递sRNA从而达到治疗肿瘤的目的。化学合成的C屺03纳米粒子直径约为58nm,表面带睨.6mⅤ正电荷,能在体内外高效的转载靶向血管生成因子-C(Vascul盯endolllelid g20wth fadc,I-C,ⅤEGF-C)的siR-NA。其通过逆转录PCR和酶联免疫吸附实验证实,用C泥03纳米粒子将针对ⅤEGF-C的由RNA转染到胃癌SGC-”01细胞后,ⅤEG阝C的生成显著减少;荧光定量PCR也证实,转染后的胃癌细胞其ⅤEGF-C mRNA的表达水平也显著下降。

2.5连接药物

化疗药物如奥沙利铂、顺氯氨铂、卡铂等是目前临床上常用的抗肿瘤药物,然而它们是非特异的,在抑制肿瘤生长和转移的同时也对全身正常组织也有很强的毒性作用,如何减少这些药物的全身性不良反应成为当今研究的重点。目前,已经能够将某些化疗药物结合到纳米粒子上,通过纳米粒子的被动靶向作用定位于结直肠癌、胃癌等多种恶性肿瘤。2010年,hown等在4一二胺甲基吡啶和琥珀酰酐的作用下先将聚乙烯乙二醇(Polyetlll/lene glycol,PEG)结合到金属纳米粒子上,然后通过PEG上的羧基和[Pt(R,R-dach)(H20)2]2NO3上的巯基之间的结合将含铂的化疗药物结合到纳米粒子上,结果显示,该纳米粒子能对大肠癌HCT116、HCT15细胞株产生明显的毒性作用。2011年,Botella等[17]将喜树碱通过20一羟基基团酯键连接到二氧化硅纳米粒子上,电镜下可见HT-20大肠癌细胞能通过内吞作用将该纳米粒子摄入细胞。此外,将喜树碱二氧化硅荧光纳米粒子以0,4mg/lqg的剂量注入南卡罗来纳HT-20荷瘤裸鼠,通过实时显像技术也可见纳米粒子主要集中于结肠癌区域。

2.6连接多配体共同作用于肿瘤近年来,随着纳米材料表面配体多样性的发展及复合材料的出现,在纳米颗粒上同时连接多个配体靶向结合肿瘤组织越来越受到人们的重视。2012年,%ryBobo等首次将光敏剂驷l(pˉ[N¨(2-Ethoxyˉ3,4¨dioxocyclobut-⒈enyl)amin。]phenyl~α-d-galacto-pyrano由de)和喜树碱共同连接到多孔二氧化硅纳米粒子(Mes。pclr。us SⅡica Nalloparticlcq,MSN)上,他们将20ug/mL的MsN与大肠癌HC⒎116细胞共培养20h,无细胞死亡;用630~680nm波长照射硐min后也无细胞死亡;而将MSN连光敏剂钾s有0~1%细胞死亡,连喜树碱有79%细胞死亡,若将MSN同时连接喜树碱与光敏剂胛s则有83%细胞死亡。该项试验说明,多个配体联用比某个配体单用能更有效地杀伤肿瘤细胞,他们之间存在协同作用。

2.7高强度超声增强纳米复合材料在胃肠道肿瘤治疗中的作用

高强度超声比诊断所用超声强度高出几百倍,其能量大多超过10kW/c`,是一种有效的非侵人性治疗手段,对下腹部的恶性肿瘤尤其敏感[7]。在声波聚集点之外,超声波强度很低,能有效地保护周围组织,而在声波聚集点之内,能量聚集使目标组织产生超过60℃的高温,引起细胞坏死、凋亡及声空化从而杀死肿瘤。201l年,Sazgarnh等[19]研究发现,将结合了原卟啉Ⅵ的金属纳米粒子注入结肠癌裸鼠模型后,在高强度超声作用下癌组织生长速度较单纯应用金属纳米粒子原卟啉Ⅵ明显减慢;而应用金属纳米粒子与高强度超声作用组小鼠癌组织生长也较单纯应用高强度超声组小鼠生长慢。除产生局部高热及声空化效应外,高强度超声还能提高载体药物的释放效率,如在纳米水平提高纳米粒子或者脂质体的药物释放是非常困难的,但在高强度超声作用下则能提高药物的释放效率。有研究证实,PEG和脂质体与纳米粒子结合能将纳米物质对高强度超声的敏感度提高10倍[20]。此外,很多纳米粒子能将近红外光、电磁波转化为热能,进而杀死肿瘤细胞.超顺磁性纳米粒子能将近红外光转化为热能;磁性纳米粒子在外加磁场的作用下能够产生足以杀死肿瘤细胞的热量,从而介导肿瘤细胞坏死;纳米粒子介导的冷冻消融也被证实对多种恶性肿瘤有效。

3展望

尽管近年来纳米技术飞速发展,但要将其用于临床实践仍需克服许多困难。纳米材料的靶向传递仍然是一个关键性问题,纳米粒子连接配体后在体内的稳定性还有待证实,纳米材料的细胞毒性还需要进一步评估,这些都需要更深人的研究。总之,纳米材料在胃肠道肿瘤的治疗方面存在的潜力是难以估量的,期待纳米技术在未来能与胃肠道肿瘤的临床治疗有更紧密的结合。

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