強化されたMRIおよびpH応答性化学療法のためのマルチプラットフォームとしてのGd含有ポリオキソメタレートを集積したイオン性コポリマーのナノコンポジット

Nanocomposites of ionic copolymer integrating Gd-containing polyoxometalate as a multiple platform for enhanced MRI and pH-response chemotherapy.

• Tingting Zhou
• Guofeng Wan
• Bao Li
• Lixin Wu

抄録

本論文では、pH応答性親水性ブロック共重合体であるポリ(ポリエチレングリコールメチルエーテルメタクリレート)-b-ポリ(メタクリル酸-コ-トリメチルアンモニウムブロミドプロピルメタクリレート)（PPMT）とポリオキソメタレートK13[Gd(β2-SiW11O39)2]（GdSiW11）を静電相互作用により組み立てることにより、ナノサイズの常磁性薬物キャリアを作製したことを述べている。ナノコンポジット中のGdSiW11クラスターの親水性,高分子量,高含有率により、有機-無機ナノコンポジットは磁気共鳴イメージング(MRI)用造影剤として優れた縦方向の緩和性を示した。また、高分子ナノコンポジット中のポリオキソメタリン酸クラスターからの余剰の負電荷が、抗腫瘍剤であるドキソルビシン（DOX）の捕捉を促進した。DOX担持ナノコンポジットは生理的環境下で安定であったが、ポリオキソメタレート基とカルボキシル基の制御により、腫瘍微小環境と同様のpH値でDOXの応答性のある放出が達成された。DOXを担持したPPMT2-GdSiW11ナノコンポジットは、静脈注射後のMRIで腫瘍部位に効果的に濃縮されることが観察された。さらに、DOXを担持した複合体は、in vivoでの抗腫瘍治療効果と5時間以上の持続的な循環時間を示し、イメージング測定に有利であった。これらの利点を活かして、今回の実験では、相乗的な診断・治療のための新しいマルチイメージング・ドラッグデリバリー局所治療プラットフォームの開発戦略を提案した。

This article describes the fabrication of nanosized paramagnetic drug carriers via the assembly of a pH-responsive hydrophilic block copolymer poly(polyethylene glycol methyl ether methacrylate)-b-poly(methacrylic acid-co-trimethyl ammonium bromide propyl methacrylate) (PPMT) and polyoxometalate K13[Gd(β2-SiW11O39)2] (GdSiW11) through electrostatic interaction. Owing to the hydrophilicity, large molecular weight, and high content of the GdSiW11 cluster bearing in the nanocomposites, the organic-inorganic nanocomposite exhibited an impressive longitudinal relaxivity as a contrast agent for magnetic resonance imaging (MRI). The surplus negative charges from the polyoxometalate cluster in the polymer nanocomposites facilitated the capture of the anti-tumor drug doxorubicin (DOX). The DOX-loaded nanocomposites were stable under the physiological environment, whereas a responsive release of DOX was achieved at pH values similar to the tumor microenvironment due to the regulation of the polyoxometalate and carboxyl groups. The DOX-loaded PPMT2-GdSiW11 nanocomposites were observed to enrich effectively at tumor sites through MRI after intravenous injection. Furthermore, the DOX-loaded composites manifested enhanced in vivo anti-tumor therapeutic efficacy and sustainable circulation time of more than 5 h, which were favourable for imaging measurement. With the advantages of the designed composite system, the present experiments propose a strategy for developing a new multiple imaging-drug delivery-local therapy platform for synergistic diagnosis and therapy.