单宁酸-Fe³⁺络合物修饰硅基纳米药物载体的实时荧光成像分析

李如玉¹   洪沙沙²   张羱¹   李贝¹   双少敏*¹

¹（山西大学化学化工学院，太原030006） ²（山西农业大学山西功能食品研究院，太原030031）

关键词　单宁酸；介孔二氧化硅纳米粒子；化学动力学治疗；化疗；协同治疗

DOI: 10. 19756 / j. issn. 0253-3820. 221210

封面介绍

癌症的发生涉及多种机制，单一癌症治疗手段的效果并不理想。因此，基于纳米材料，开发具有多种治疗手段相协同的多功能药物递送系统是目前癌症治疗研究的一个重要方向。多酚化合物单宁酸（TA）由于具有金属螯合特性及还原性，可加速芬顿反应中Fe³⁺/Fe²⁺的转化，增强·OH的生成，可用于构筑高性能化学动力学治疗纳米药物载体；此外TA-Fe³⁺络合物还具有吸附特性，可包覆在各种高载药量的纳米载体上形成核-壳纳米结构。然而，将TA-Fe³⁺络合物与介孔二氧化硅结合构筑化学与化学动力学协同治疗的抗肿瘤平台鲜有报道。本研究将Fe³⁺络合的单宁酸（TA）通过吸附作用修饰在负载化疗药物阿霉素（DOX）的介孔二氧化硅（MSN）纳米粒子表面，从而构建了一种多功能纳米药物载体DOX/MSN@TA-Fe³⁺，实现了癌症的化学-化学动力联合治疗，为研发基于介孔二氧化硅的新型多疗法协同的纳米药物载体提供了理论支持。

研究内容

功能化纳米药物载体化学-化学动力疗法联合治疗与细胞成像示意图如图1所示，DOX/MSN@TA-Fe³⁺被肿瘤细胞摄取后，TA在肿瘤微环境中可还原Fe³⁺生成Fe²⁺，Fe²⁺进一步与肿瘤细胞内过表达的H₂O₂发生芬顿反应生成高毒性羟基自由基（·OH），诱导细胞凋亡；同时在弱酸性条件下，TA中酚羟基质子化，TA-Fe³⁺络合物结构被破坏，诱导DOX从MSN的孔隙中释放，实现了抗癌药物弱酸性pH刺激响应释放。在488 nm激发光激发下，释放的阿霉素发出红色荧光，实现肿瘤细胞的荧光成像。

图1 DOX/MSN@TA-Fe³⁺作用机理图

通过DOX/MSN@TA-Fe³⁺的体外释放实验，得到DOX的体外累积释放曲线（图2A）。实验结果显示在弱酸性的PBS（pH 5.0）中，DOX释放速度更快，释放量更高，72 h后的DOX释放高达59.52%，表明该药物载体可实现DOX的酸性pH值刺激响应释放。DCFH-DA可被肿瘤细胞内酯酶水解生成无荧光的DCFH，DCFH与产生的活性氧作用生成具有绿色荧光的DCF。因此，以DCFH-DA探针为指示剂，利用激光共聚焦显微镜观察MSN@TA-Fe³⁺在HeLa细胞内产生活性氧的性能，如图2B所示。对照组中几乎无绿色荧光，而MSN@TA-Fe³⁺组中可见较强的绿色荧光，表明MSN@TA-Fe³⁺可在癌细胞中催化产生活性氧，为肿瘤的化学动力学治疗提供了依据。

图2 (A)在pH 7.4和pH 5.0条件下DOX的累积释放曲线；（B）DCFH-DA探针检测细胞内产生的活性氧的激光共聚焦显微图像（标尺：20 μm）

进一步通过MTT比色法考察了不同浓度MSN、DOX、MSN@TA-Fe³⁺和DOX/MSN@TA-Fe³⁺对HeLa细胞的毒性。MTT实验表明（图3），未负载化疗药物的载体对HeLa细胞表现出一定的毒性，当140 μg/mL MSN@TA-Fe³⁺与HeLa细胞孵育24 h后，细胞存活率为30%；负载化疗药物后，细胞存活率进一步下降为20%。因此该药物载体具有化学-化学动力学协同治疗的效果，为构筑高效率的多功能药物递送系统提供了新思路。

图3 HeLa细胞与不同浓度的DOX、MSN@TA-Fe³⁺和DOX/MSN@TA-Fe³⁺培养24 h的细胞存活率