一种掺钆的多酚-硼纳米药物,用于提升硼中子捕获疗法的效果

时间:2026年1月29日
来源:Journal of Colloid and Interface Science

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硼中子俘获治疗纳米药物EB@Gd NPs通过自组装EGCG、BPA和Gd³⁺实现肿瘤靶向和MRI实时成像,EGCG抑制DNA修复增强疗效,Gd³⁺网络提升稳定性,解决BPA肿瘤蓄积不足及成像困难问题。

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龚德兰|刘玉辰|毛宏伟|韩宇|黄伟成|陈鹏翔|陈欣|宋青旭|程玉峰|栾玉霞
中国山东省济南市山东大学齐鲁医学院药学院中药功能成分发现与利用国家重点实验室、化学生物学重点实验室(教育部资助),邮编250012

摘要

硼中子俘获疗法(BNCT)是一种有前景的选择性肿瘤清除策略。然而,硼输送剂p-硼苯丙氨酸(BPA)的临床应用受到诸多挑战的限制,如溶解度低、肿瘤积聚不足以及缺乏有效的成像能力。本文介绍了一种基于金属多酚的硼纳米药物(EB@Gd NPs),旨在解决这些问题并提高BNCT的疗效。该纳米药物由表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(EGCG)、BPA和钆离子(Gd3+自组装而成,具有显著改善的肿瘤靶向性,并支持实时磁共振成像(MRI)。这些纳米颗粒表现出更强的肿瘤积聚能力,MRI能够动态显示硼的分布情况,从而有助于确定中子照射的最佳时机。此外,EGCG通过抑制DNA修复和促进DNA双链断裂来增强BNCT的治疗效果。因此,EB@Gd NPs在BNCT中表现出强大的肿瘤生长抑制作用,为提高癌症治疗的精确度和疗效具有巨大潜力。

引言

硼中子俘获疗法(BNCT)是一种利用天然非放射性同位素硼-10(10B)的核俘获和裂变反应的治疗手段。当10B暴露于热中子辐照下时,会发生裂变,产生高能锂-7核(7Li)和α粒子(4He),从而有效杀死肿瘤细胞[1],[2],[3],[4]。由于这些粒子的传播路径较短(5–9 μm),它们能够精确摧毁积聚了足够10B的肿瘤细胞,同时不损伤周围的健康组织[5],[6]。这一特性突显了精确、肿瘤特异性地输送硼化合物以实现成功BNCT的关键性要求[7],[8]。p-硼苯丙氨酸(BPA)是目前在日本唯一获批上市的硼基药物,已被应用于临床中子俘获疗法[9]。作为苯丙氨酸的类似物,BPA能够被L型氨基酸转运蛋白1(LAT1)选择性识别和转运,而LAT1在肿瘤细胞中过度表达[10],[11],[12]。与其他含硼化合物相比,BPA在临床试验中显示出更好的安全性和更强的抗肿瘤效果,使其成为BNCT的首选药物。
然而,BPA的临床应用仍面临一些挑战,包括肿瘤滞留时间短、肿瘤积聚不足以及成像兼容性差。作为小分子,BPA在肿瘤内的滞留时间有限。当细胞外BPA浓度低于细胞内浓度时,它会通过反向转运机制从肿瘤细胞中排出,从而降低其治疗效果[13]。为了解决这个问题,临床实践中通常在照射前和照射期间连续静脉输注BPA以延长其在肿瘤组织中的滞留时间[14],[15]。然而,这种策略也会导致血液和正常器官中的10B浓度升高,增加脱靶毒性的风险,并影响BNCT的组织特异性细胞毒性。此外,BPA本身不具备增强体内成像的能力,而传统的放射性同位素标记方法也存在固有的局限性[16]。因此,迫切需要开发新一代硼剂,以延长肿瘤内的滞留时间、提高肿瘤靶向性,并实现实时硼分布监测[17],[18],[19],[20]。
本文报道了一种基于金属多酚的硼纳米药物(EB@Gd NPs),旨在提高BNCT的疗效并具备临床成像能力。这些纳米颗粒通过(−)表没食子儿茶素-3-没食子酸酯(EGCG)、BPA和钆离子(Gd3+的自组装制备而成。EGCG是绿茶中的主要多酚成分,能够显著提高BPA的溶解度并发挥内在的抗肿瘤作用[21],[22],[23]。EGCG的多个酚羟基与BPA的硼酸基团形成动态共价儿茶酚-硼酸酯键,推动纳米颗粒的初级组装[24],[25]。除了提高药物溶解度外,EGCG还能诱导肿瘤细胞凋亡并抑制DNA修复,从而限制癌症进展和转移[26]。BPA既作为必需的10B来源,又通过LAT1介导作用靶向肿瘤。此外,Gd3+的加入赋予了纳米颗粒磁共振成像(MRI)功能。Gd3+与EGCG上的残留酚羟基结合,形成稳定的金属-多酚网络,进一步提高纳米颗粒的结构稳定性[27],[28],[29]。
EB@Gd NPs有效解决了BPA肿瘤滞留时间短、EGCG和Gd3+生物利用度及选择性低的问题。关键在于,EB@Gd NPs通过LAT1介导的主动靶向与增强渗透性和滞留性(EPR)效应驱动的被动靶向的协同作用,实现了高效的肿瘤积聚。Gd3+支持的MRI技术能够精确监测EB@Gd NPs在肿瘤中的积聚情况,有助于确定最佳中子照射时间。BNCT结合EGCG诱导的DNA损伤修复作用,能够在肿瘤细胞中产生大量的DNA双链断裂(DSB),从而增强治疗效果(图1)。因此,EB@Gd NPs通过良好的肿瘤积聚和高效的DNA损伤抑制作用,为基于诊断的BNCT治疗提供了一个强大的整合型硼输送纳米平台。

材料

BPA(98%)的供应商是中国安徽泽生科技有限公司,10BPA(98%)来自中国TargetMol Chemicals Inc.。EGCG(98%)购自中国上海Acmec生化有限公司。氯化钆(GdCl3,99.9%)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS,99%)、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳二亚胺(EDC,98.5%)和氢氧化钠(NaOH,99%)购自中国上海Macklin生化有限公司。荧光异硫氰酸酯(FITC,95%)也用于实验。

EB@Gd NPs的制备与表征

EB@Gd NPs是通过EGCG、BPA和Gd3+的自组装方法制备的。这一过程依赖于EGCG的多个酚羟基与BPA的硼酸基团形成的动态共价儿茶酚-硼酸酯键,促进纳米颗粒的自组装并提高BPA的溶解度。同时,Gd3+离子与EGCG上的剩余酚羟基结合,形成稳定的金属-多酚网络,增强纳米颗粒的稳定性。

结论

总结来说,我们开发的EB@Gd NPs是一种掺钆的多酚-硼纳米药物,通过协同整合高效的硼输送能力和实时成像技术,在BNCT领域取得了重大进展。通过EGCG、BPA和Gd3+的自组装,EB@Gd NPs克服了传统BPA[16]及含硼材料[42]的长期局限性,实现了更好的肿瘤滞留效果,并能够实时可视化硼的分布情况。

CRediT作者贡献声明

龚德兰:撰写初稿、进行正式分析、数据管理。刘玉辰:撰写初稿、进行正式分析、数据管理。毛宏伟:进行正式分析。韩宇:数据管理。黄伟成:数据管理。陈鹏翔:撰写、审稿与编辑。陈欣:进行正式分析。宋青旭:撰写、审稿与编辑、项目管理。程玉峰:撰写、审稿与编辑、资源协调、资金申请。栾玉霞:撰写、审稿与编辑、项目监督。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

所有作者均已批准手稿的最终版本。本研究得到了中央引导地方科技发展基金项目(编号YDZX2023026)和国家自然科学基金(编号U24A20732和22272091)的财政支持。作者感谢青岛国际中子科学研究院在BNCT实验中的技术支持。同时,我们也感谢药学生物学共享平台及先进医学研究所的支持。

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