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一種新型響應性巖藻多糖硫化銅氣泡泵微針

微流控 ? 來源:BioMed科技 ? 2023-12-18 10:25 ? 次閱讀

?黑色素瘤是一種高度惡性腫瘤,死亡率高,治療難度大。目前黑色素瘤的治療通常包括手術切除、冷凍治療和化療,但這些標準治療大多存在易損傷正常組織、引起瘢痕、疼痛和感染等副作用。為了克服這些局限性,人們開發了不同的透皮給藥系統,具有給藥方便、可持續釋放藥物等特點。但由于堅固的皮膚角質層屏障(10 μm~ 20 μm)和真皮內缺乏血管,導致大多數透皮給藥系統的藥物透過效率較低,且單一療法對癌癥的治療效果不理想。這些問題明顯限制了癌癥的透皮治療應用。

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為解決上述問題,中國海洋大學趙峽教授團隊在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發表了題為“Photothermal and Acid-Responsive Fucoidan-CuS Bubble Pump Microneedles for Combined CDT/PTT/CT Treatment of Melanoma”的研究工作。該團隊報道了一種新型響應性巖藻多糖硫化銅氣泡泵微針(BPMN-CuS/DOX)。通過將碳酸氫鈉(NaHCO?)嵌入到負載巖藻聚糖硫化銅納米粒(Fuc-CuS NPs)和阿霉素(DOX)的微針系統中(圖1a),可以使微針在酸性腫瘤微環境中產生CO?,促進藥物滲透,并使藥物在腫瘤部位響應性釋放。BPMN-CuS/DOX通過將化學動力學療法(CDT)、光熱療法(PTT)與化療(CT)的結合,有效克服了單一療法的局限性,顯著增強了抗黑色素瘤的療效(圖1b)。

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圖1負載Fuc-CuS NPs和DOX的響應性氣泡泵微針用于黑色素瘤治療的示意圖

該團隊利用巖藻聚糖作為穩定劑制備了Fuc-CuS NPs,并證明其在酸性和近紅外光照條件下,可明顯產生活性氧(ROS)和消耗谷胱甘肽(GSH)。Fuc-CuS NPs具有39.77%的光熱轉化效率,循環光實驗證明其穩定性良好。將NaHCO?嵌入到負載Fuc-CuS NPs和DOX的微針系統中,構建了一種氣泡泵微針(Bubble pump microneedles,BPMNs)。透皮釋放實驗證明,在pH=5.5條件下,BPMNs對荷載的釋放量達77%,而在中性環境只有21%,表明BPMNs具有良好的酸響應性。

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圖2 酸環境和熱反應能有效促進Fuc-CuS NPs誘導產生ROS和消耗GSH

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圖3Fuc-CuS NPs光熱響應性評價

為證明BPMNs促進藥物滲透效果,研究人員以水凝膠模擬皮膚組織發現藥物的穿透深度從350.24 μm± 3.49 μm(0 min)增加到469.83μm± 1.07 μm(30min),表明NaHCO?產生的CO?氣泡顯著加速了藥物的擴散。用豬皮研究了負載不同量NaHCO?(0%、10%、25%,w/w)的BPMNs縱向穿透深度,結果顯示BPMN組的穿透深度較無NaHCO?的微針組顯著增加。








審核編輯:劉清

d9f576d8-9beb-11ee-8b88-92fbcf53809c.png 圖4?BPMNs可促進藥物深層滲透 ?

對Fuc-CuS NPs與DOX聯合作用效果以及作用機制進行了驗證。在體外,Fuc-CuS NPs和DOX聯合光照組(DOX/CuS+L)表現出更強的細胞毒性作用。機制研究發現,DOX/CuS+L組可產生高水平的ROS。實驗證明,低劑量DOX不僅能通過干擾細胞核中核酸合成引發癌細胞的凋亡,而且可以通過影響線粒體提高H?O?含量來增強Fuc-CuS NPs介導的CDT,進而觸發腫瘤細胞死亡。

da0e0e50-9beb-11ee-8b88-92fbcf53809c.png 圖5 體外抗腫瘤作用評價 ?

以荷黑色素瘤小鼠作為疾病模型,評價BPMN-CuS/DOX抗腫瘤效果。BPMN-CuS/DOX在近紅外光照下,對腫瘤具有顯著的抑制作用。腫瘤組織切片結果顯示,與BPMN-DOX組和BPMN-CuS加光照組相比,BPMN-DOX/CuS加光照組腫瘤細胞損傷和凋亡明顯,壞死程度更嚴重,表明BPMN-CuS/DOX通過將CDT、PTT與CT相結合,顯著增強了抗黑色素瘤療效。

da2a4a7a-9beb-11ee-8b88-92fbcf53809c.png 圖6?體內抗腫瘤作用評價 ?

綜上所述,該研究設計并構建了一種氣泡泵微針系統,將這種微針插入皮膚,NaHCO?暴露于酸性腫瘤微環境中可產生CO?氣泡,促進藥物的主動遷移。Fuc-CuS NPs具有明顯的類芬頓反應催化活性和光熱特性。低劑量DOX不僅通過化療誘導細胞凋亡,還可增加細胞內H?O?含量使ROS持續產生。BPMN-CuS/DOX通過CDT、PTT和CT的結合,在體內外均顯著抑制了黑色素瘤的生長。有效解決了藥物透皮效率低、單藥治療效果不佳的問題,為實現更為有效、方便和安全的經皮腫瘤治療提供了新思路。

論文鏈接: https://doi.org/ 10.1021/acsami.3c08368 延伸閱讀: 《給藥應用的微針專利態勢分析-2020版》 《腫瘤免疫治療領域初創公司調研》 《癌癥診斷初創公司調研-2020版》 da416b4c-9beb-11ee-8b88-92fbcf53809c.jpg

原文標題:用于治療黑色素瘤的響應性氣泡泵微針

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