新设计的纳米粒子可一次提供三种抗癌药物

新的MIT纳米颗粒由聚合物链（蓝色）和三个不同的药物分子组成-阿霉素为红色，绿色小颗粒为喜树碱，较大的绿色核包含顺铂。图片由耶利米·约翰逊（Jeremiah Johnson）提供

在一项新发表的研究中，麻省理工学院的化学家详细介绍了他们如何设计可以同时提供三种抗癌药物的纳米颗粒。

以纳米颗粒形式提供化学治疗药物可以通过将药物直接靶向肿瘤来帮助减少副作用。近年来，科学家已经开发出可以递送一种或两种化学疗法药物的纳米颗粒，但是很难设计出能够以精确比例携带更多颗粒的颗粒。

现在，麻省理工学院的化学家们已经设计出一种新的方法来构建这种纳米颗粒，从而使包含三种或更多种不同药物的工作变得更加容易。在《美国化学学会杂志》上发表的一篇论文中，研究人员表明，他们可以用三种通常用于治疗卵巢癌的药物将其颗粒加载。

麻省理工学院化学助理教授，新论文的资深作者耶利米·约翰逊（Jeremiah Johnson）说：“我们认为这是纳米颗粒的第一个例子，该纳米颗粒具有精确比例的三种药物，并且可以响应三种不同的触发机制而释放这些药物。”纸。

这样的颗粒可以被设计为携带更多的药物，从而使研究人员能够开发出新的治疗方案，从而更好地杀死癌细胞，同时避免传统化学疗法的副作用。在JACS论文中，Johnson及其同事证明了三重威胁纳米粒子比仅携带一种或两种药物的粒子可以更有效地杀死卵巢癌细胞，并且他们已经开始对动物的肿瘤进行测试。

约翰逊实验室的博士后廖龙燕（Longyan Liao）是该论文的主要作者。

拼凑在一起

约翰逊（Johnson）的新方法克服了两种最常用于制备药物递送纳米颗粒的方法的固有局限性：将小的药物分子封装在颗粒内部或将它们化学结合到颗粒上。使用这两种技术，添加每种新药，组装颗粒所需的反应就变得越来越困难。

结合这两种方法（将一种药物封装在粒子内并将另一种药物附着到表面上）已经取得了一些成功，但仍然仅限于两种药物。

约翰逊着手创建一种新型的颗粒，可以克服这些限制，从而可以装载任何数量的不同药物。他没有建立粒子然后附着药物分子，而是创建了已经包含药物的构件。这些构件可以以非常特定的结构连接在一起，研究人员可以精确地控制每种药物的含量。

每个结构单元均由三个部分组成：药物分子，可以与其他模块连接的连接单元以及聚乙二醇（PEG）链，聚乙二醇链有助于保护颗粒不被人体分解。可以使用Johnson开发的一种称为“刷头优先聚合”的方法来链接数百个这些嵌段。

约翰逊说：“这是从一开始就构建粒子的新方法。”“如果我想要一个带有五种药物的微粒，我只需拿走我想要的五个构件，然后将它们组装成一个微粒。原则上，您可以添加多少种药物没有限制，并且颗粒所携带的药物比例仅取决于开始时如何将它们混合在一起。”

各种组合

在这篇论文中，研究人员创建了带有顺铂，阿霉素和喜树碱等药物的颗粒，这些药物通常单独使用或联合使用来治疗卵巢癌。

每个颗粒均以与每种药物的最大耐受剂量相匹配的特定比例携带三种药物，并且每种药物都有其自己的释放机制。粒子进入细胞后，顺铂被释放，因为与谷胱甘肽（一种存在于细胞中的抗氧化剂）接触后，固定在粒子上的键断裂。喜树碱遇到称为酯酶的细胞酶时，也会迅速释放。

设计了第三种药物阿霉素，以使其仅在紫外线照射在颗粒上时才释放。一旦所有三种药物都被释放，剩下的就是PEG，它很容易被生物降解。

马萨诸塞大学阿默斯特分校高分子科学与工程学教授托德·埃默里克（Todd Emrick）表示：“这种方法“通过在…同一平台上同时包含不同的化学物质，同时包含不同的药物，代表了多药释放的一个聪明的新突破。”参与研究。

该团队与保拉·哈蒙德（Paula Hammond）的实验室研究人员，戴维·H·科赫（David H. Koch）的工程学教授以及麻省理工学院的科赫综合癌症研究所的成员合作，测试了该颗粒对实验室中生长的卵巢癌细胞的抵抗力。携带所有三种药物的颗粒杀死癌细胞的速度要比仅运送一种或两种药物的颗粒高。

约翰逊的实验室现在正在研究携带四种药物的颗粒，研究人员还计划用分子标记这些颗粒，这些分子将通过与细胞表面发现的蛋白质相互作用，使其进入肿瘤细胞。

约翰逊还设想，可靠地生产大量携带多种药物的纳米颗粒的能力将能够对可能的新癌症治疗方法进行大规模测试。他说：“重要的是要能够快速有效地制造出具有不同比例的多种药物的颗粒，以便您可以测试它们的活性。”“我们不能只制造一个粒子，我们需要能够设定不同的比例，而我们的方法可以轻松做到这一点。”

该论文的其他作者是研究生Jenny Liu和Stephen Morton，以及博士后Erik Dreaden和Kevin Shopsowitz。

该研究由麻省理工学院研究支持委员会，国防部卵巢癌研究计划蓝绿色创新奖，美国国立卫生研究院，美国国家科学与工程研究委员会以及美国国家癌症研究所的科赫研究所提供资助。

出版物：廖龙燕等，“单纳米颗粒联合癌症治疗的融合合成平台：顺铂，阿霉素和喜树碱的比例加载和控释”，J。Am。化学2014年6月； DOI：10.1021 / ja502011g

图像：耶利米·约翰逊（Jeremiah Johnson）