高精度で浸透性のある化学療法のためのデュアルpH感度電荷反転薬物送達システム

Dual-pH Sensitive Charge-Reversal Drug Delivery System for Highly Precise and Penetrative Chemotherapy.

• Weiguo Chen
• Ji Li
• Yan Xing
• Xiaowei Wang
• Hongyan Zhang
• Mingyu Xia
• Dongkai Wang

抄録

目的:

複雑な生理的障壁は全身への薬物送達に非常に相反する要求を与えるため、ナノプラッドフォームの粒子径と表面電荷が重要な要素となる。また、光学特性に優れた炭素系ナノ材料であるカーボンドットは、生体内での直接的な全身輸送には不向きであり、特に診断やがん治療の分野では、バイオメディカルイメージング分野での応用に限界がある。リポソームは、様々な薬剤のユニバーサルナノキャリアとして開発されてきた。本研究では、リポソームに内包された炭素ドットを用いた高精度で浸透性の高いドラッグデリバリーシステム（DDS）の構築を目指した。

PURPOSE: The complex physiological barriers impose extremely conflicting demands on systemic drug delivery, so both particle size and surface charge of the nanoplatforms become vital factors. As a carbon-based nanomaterial with excellent optical properties, carbon dots are not suitable for direct systemic transport in vivo, which limits their application in the field of biomedical imaging, especially in the areas of diagnosis and cancer treatment. Liposomes have been developed as universal nanocarriers for various drugs. In this study, we aimed to build a highly precise and penetrative drug delivery system (DDS) using carbon dots encapsulated by liposomes.

方法:

カーボンドット（CD）は、クエン酸とエチレンジアミンを用いた水熱法により合成した。さらに、CDの表面にシミアンウイルス40大型T抗原由来の核ターゲティング配列（NLS）を結合させ、CD-NLSを得た。さらに、抗腫瘍剤であるドキソルビシンを酸-ラビラルヒドラジン結合を介してCD-NLSに担持させ、DOX@CDsを得た。最後に、DOX@CDを葉酸でコーティングしたpH感受性リポソーム（pHSL-FA）の水性中心にカプセル化した。

METHODS: Carbon dots (CDs) were synthesized by the hydrothermal method using citric acid and ethylenediamine. Furthermore, simian virus 40 large T-antigen derived the nuclear targeting sequence (NLS) was bonded on the surface of CDs to obtain CDs-NLS. The antitumor drug doxorubicin was loaded onto the CDs-NLS through an acid-labile hydrazine bond to obtain DOX@CDs. Finally, DOX@CDs were encapsulated in aqueous centers of folate-coated and pH-sensitive liposomes, named pHSL-FA.

結果:

本論文では、核標的配列（NLS）と抗がん剤ドキソルビシン（DOX）が結合した核標的ナノコンポジット（DOX@CDs）は、粒子径約3.8nm、ゼータ電位+31.8mV、量子収率64.53%の高い物理化学的特性を有している。DOX@CDsの表面電荷を反転させるキャリアとして、負に帯電した葉酸でコーティングされたpH感受性リポソーム(pHSL-FA)を使用しています。このリポソームは、遊離のDOX@CDsと比較して、4T1腫瘍担持マウスにおいて高い腫瘍蓄積性を示し、腫瘍細胞に対する細胞毒性をさらに向上させることができました。

RESULTS: In this paper, a nucleus-targeted nanocomposite (DOX@CDs), which bonds with the nuclear targeting sequence (NLS) and the anticancer drug doxorubicin (DOX), has physicochemical properties of particle size of about 3.8 nm, zeta potential of +31.8 mV and high quantum yield of 64.53%. The negatively charged folate-coated and pH-sensitive liposomes (pHSL-FA) are used as a carrier to reverse the surface charge of DOX@CDs. Compared to free DOX@CDs, pHSL-FA show higher tumor accumulation in 4 T1 tumor-bearing mice and further improve cytotoxicity to tumor cells.

結論:

本研究では、化学療法薬の正確な送達を可能にし、副作用を大幅に軽減するユニークなナノメディカルアプローチを提案しており、臨床応用が有望視されている。

CONCLUSIONS: This work proposes a unique nanomedical approach that enables the precise delivery of chemotherapy drugs and significantly reduces side effects, which is promising for clinical translation.