分享一篇近期发表在Nano Today上的研究进展，题为DNA aptamer-empowered self-assembly full-API nanodrug for enhanced photodynamic and chemotherapy synergistic cancer therapy。这篇文章的通讯作者是上海交通大学谭蔚泓院士和姬丁坤教授。
纳米技术的快速发展已使许多用于临床疾病治疗的纳米药物获得上市批准，包括抗癌制剂 Doxil®和COVID-19 mRNA疫苗 Comirnaty®。此外，目前有50多种纳米药物处于II期或III期临床前评估阶段。尽管取得了这些成就，但仍存在重大挑战，阻碍了纳米药物的更广泛临床应用。这些挑战包括活性药物成分（API）负载量低、生物降解性差、纳米载体的潜在毒性、赋形剂的免疫原性以及复杂的制造工艺。 多功能无载体纳米药物被认为是下一代临床癌症治疗的有希望的工具。各种生物功能分子如肽、蛋白质、核酸被用来与临床治疗药物共组装，创造出多功能无载体纳米药物，以增强癌症治疗。适体通常被称为“化学抗体”，是核酸（DNA或RNA）的短片段，具有与靶配体的特定结合能力，在亲和力和特异性方面类似于抗体。核酸适体在无载体纳米药物中具有独特的优势，包括（a）靶标范围广；（b）免疫原性最小，毒性低；（c）易于合成、化学修饰，疗效低；(d) 可控的批次间差异。 在本研究中，作者开发了一种DNA核酸适体赋能的全活性纳米药物平台（ICS-AFANDs）。将PDA批准的光敏药物CE6，临床一线化疗药物伊立替康 (irinotecan)和肿瘤靶向DNA核酸适体，通过简单的超分子自组装作用，经济、高效、可控的制备多功能的全活性DNA分子靶向药物，显著提高对结直肠癌的靶向治疗效果。图解1 适体赋能自组装全 API 纳米药物用于增强 PDT/CT 协同癌症治疗的示意图 具体地，ICS AFANDs 是用一种简单而多用途的方法制成的，包括氢键和π-π共轭物驱动的自组装。在这种纳米药物中，Ce6 起着光动力药物的作用，伊立替康起着化疗药物的作用，而 DNA aptamer Sgc8 既是靶向基团又是亲水分散剂。动态光散射（DLS）结果表明，在这些条件下合成的 IC NPs 既保持了尺寸均匀性，又保持了胶体稳定性。此外，为了证明这个制备方法具有通用性，作者用另外三种常用的适配体（即AS1411、PDL1 和 XQ-2d）取代Sgc8，证实这三种适配体都能与Ce6和IR形成 AFANDs。 为了研究 ICS AFANDs 的潜在形成机制，作者通过计算机分子模拟技术，模拟了多功能DNA纳米药物的形成原理，发现三种药物成分可以通过氢键、π-π堆叠和库伦相互作用，快速形成稳定的纳米药物。 作者接着研究了 ICS AFANDs 的光物理特性。ICS AFANDs 的近红外荧光发射光谱在 600 nm到 800 nm之间，主要由 Ce6 发出。ICS AFANDs 在 675 nm 处的最大发射峰与二甲基亚砜（DMSO）中游离 Ce6 的发射峰非常相似，这有利于近红外荧光成像。虽然 Ce6 是一种经 FDA 批准的光敏剂，但它的水溶性很差，其荧光特性很容易因聚集而被淬灭，而 Aptamer 则为 ICS 提供了优异的亲水性和胶体稳定性，从而使其荧光特性比 IC 和 Ce6 更强。此外，使用二氢罗丹明 123（DHR 123）和SOSG 药剂评在 660 纳米激光照射下产生的ROS/SO ，结果表明，在 660 纳米激光照射下，ICS AFANDs 能积极产生 ROS/SO。ICS AFANDs 在水溶液中结合了优异的水溶性和近红外荧光发射，在近红外成像引导的化疗和光动力疗法中具有广阔的应用前景。 受上述结果的鼓舞，作者继续研究 ICS AFANDs 在 HCT 116 人结肠癌细胞中的靶向细胞摄取和细胞荧光成像。结果表明ICS AFANDs 可通过表面配体和受体识别有效靶向 HCT 116 细胞。一旦被肿瘤细胞内吞，ICS AFANDs 就会在溶酶体和线粒体中积累，从而进一步增强癌症治疗效果。图4. ICS AFANDs 的体外靶向结合能力和吸收能力 随后作者将 HCT 116 细胞与不同浓度的 ICS AFANDs 培养，并用 ROS 和 SO 探针共同染色，表明在肿瘤细胞内化疗药物Ir的刺激下以及近红外激光照射明显增加了 ICS AFANDs 产生的 ROS和SO。此外，ICS AFANDs 可在线粒体中积聚，当 HCT 116 细胞与 ICS AFANDs 一起培养时线粒体膜电位下降，预示着线粒体的有效损伤。上述所有数据表明，ICS AFANDs 能将 Ce6 和 Ir 运送到溶酶体和线粒体，从而导致细胞间 ROS 的大量生成。图5. ICS AFANDs 靶向肿瘤细胞导致细胞间 ROS 的大量生成 受ICS AFANDs出色的ROS/SO生成能力的鼓舞，作者在HCT 116细胞系上测试其与光动力疗法 (PDT) 和化学疗法 (CT)联合治疗。结果表明ICS在近红外激光照射下可诱导溶酶体和线粒体损伤，裂解和坏死，从而在体外有效地进行CT/PDT联合治疗。 通过皮下注射建立HCT116荷瘤小鼠模型，研究了ICS AFANDs的肿瘤靶向显像和生物分布。得益于纳米颗粒增强的渗透性和滞留性(EPR)效应(达到约50-60纳米的均匀尺寸)和Sgc8适配体的主动靶向能力，ICS AFANDs在肿瘤部位有效积累，并在体内表现出良好的近红外荧光信号。图7. ICS AFANDs的体内靶向成像和生物分布 接下来，作者应用结直肠肿瘤异种移植模型来评估ICS AFANDs在增强CT/PDT协同癌症治疗中的体内抗肿瘤效果。该类纳米药物ICS AFANDs展现出优异的肿瘤靶向性能，通过尾静脉注射，该类药用于光动力治疗和化疗的联合治疗，仅需一次给药，一次光照治疗，就可实现对结直肠癌的完全抑制。 总的来说，作者提出了一种制备基于 DNA 适体的全 API 纳米药物 (ICS AFANDs) 的多功能方法。该方法涉及 FDA 批准的化疗药物、光敏药物和 Sgc8 适体的 DNA 分子的自组装。DNA 适体首次被证实不仅可以赋予 ICS AFANDs 溶解和靶向能力，而且在设计和稳定自组装纳米药物的形成中起着关键作用。这一方法不仅将伊立替康的化疗效果显著提高了 102 倍，而且还提高了 Ce6 的近红外荧光特性和光活性。在近红外照射下，细胞内产生丰富的活性氧和单线态氧，导致溶酶体和线粒体的破坏，最终导致肿瘤细胞的有效死亡。ICS AFANDs 结合PDT 和CT，只需一次剂量和一次激光治疗即可完全抑制结直肠癌生长，且没有明显的副作用。智能高效的全 API DNA 纳米药物不仅拓宽了协同肿瘤治疗的范围，还促进了 DNA 纳米药物向临床应用的实际转化。DOI: 10.1016/j.nantod.2024.102399.Link: https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102399
