FePO4纳米颗粒：生物相容性载体用于阿霉素递送、RNA稳定化及增强抗癌活性

摘要

FePO₄纳米颗粒兼具生物相容性、高生物利用度、磁响应性和优异感官性质，适用于食品强化、生物医学成像和药物递送。本研究将FePO₄构建为抗癌药阿霉素（DOX）载体，实现26.81±1.0%最优药物负载。所得FePO₄-DOX颗粒粒径分布均一，浓度依赖性生物相容性好（80 μg/mL下细胞活力>70%），细胞毒性较游离DOX显著增强10倍，且对癌细胞选择性更高。此外，FePO₄纳米颗粒稳定RNA并保持mRNA翻译活性，凸显其作为治疗性核酸多功能递送平台潜力。研究突显FePO₄颗粒在安全药物和RNA递送及食品强化应用中的多功能性。

引言

无机纳米材料中铁基纳米颗粒（Fe-NPs）因磁性、内源代谢、FDA批准用于造影、药物递送、高温治疗而突出。FePO₄纳米颗粒特别表现优异生物相容性、高口服生物利用度、极低器官嗅觉影响，吸引用于食品强化预防缺铁性贫血。其肠道细胞摄取主要经二价金属转运体-1（DMT-1），保证高效吸收。除成像外，FePO₄提供化学简单、可放大合成路线，得单分散颗粒、可控表面电荷，实现稳健药物负载和核酸稳定。本工作探索FePO₄作为DOX药物递送载体和RNA稳定剂，旨在展示单一平台同时满足治疗和营养需求。

结果与讨论

FePO₄纳米颗粒合成、表征与生物相容性

FePO₄通过磷酸铵和硝酸铁(III)简单共沉淀制备，分散于DSPE-PEG-COOH防聚集。动态光散射显示水动力直径175±5 nm，分散指数0.15±0.01，粒度均一性极佳。ζ电位显示负表面电荷−19.1±8 mV，减少蛋白调理素化、延长循环时间。FTIR确认PO₄³⁻基团存在、前驱体残留缺失，验证产物纯度。MTT实验在小鼠骨肉瘤K7M2和成纤维细胞NIH/3T3显示浓度依赖性活力，80 μg/mL下>70%存活，确认FePO₄ NPs在治疗相关窗口内生物相容性。

FePO₄纳米颗粒表征：a 粒径分布；b ζ电位；c FTIR谱；d 跨细胞系生物相容性（均值±标准差；n=3–6）。

阿霉素负载与FePO₄-DOX增强细胞毒性

DOX经与Fe(NO₃)₃共孵育后以(NH₄)₃PO₄沉淀掺入，负载效率26.81±1.0%。Fe³⁺-DOX络合物形成伴随颜色黄变褐、荧光发射（590 nm）不变。水动力尺寸维持187±7 nm，表面电荷转变为−8.89±5 mV，反映结合DOX阳离子性质。细胞毒性实验显示IC₅₀较游离DOX降低10倍（NIH/3T3: 0.248 μM vs 2.61 μM; K7M2: 0.107 μM vs 1.01 μM）。关键在于等效FePO₄浓度下FePO₄-DOX仍维持>70%活力，表明增强毒性源于Fe³⁺-DOX络合而非纳米颗粒毒性。癌细胞选择性杀伤也放大，0.1 μM DOX当量下成纤维细胞与癌细胞活力差异达19%。

阿霉素负载效率及FePO₄-DOX理化变化：a 不同配方负载效率；b 颜色转变；c 发射光谱；d 粒径分布；e ζ电位（均值±标准差；n=3）。

FePO₄-DOX与游离DOX在NIH/3T3和K7M2细胞毒性：a,b 48 h细胞活力；c,d IC₅₀对比（均值±标准差；n=6）。

FePO₄-DOX纳米颗粒细胞内化

K7M2细胞共聚焦显微镜显示0.5–1 h摄取微弱，3 h细胞内荧光显著，与游离DOX相当。时间依赖性内化谱证实FePO₄-DOX可在临床相关时间窗内有效递送DOX入癌细胞，FePO₄磁性赋能潜在诊疗一体化应用。

FePO₄-DOX与游离DOX在K7M2细胞时间进程内化（0.5, 1, 3 h）。红色荧光指示纳米颗粒成功摄取。

RNA稳定化与功能表达

FePO₄纳米颗粒保护模型RNA免受水解和核酸酶降解，RNA琼脂糖凝胶电泳（RAGE）显示水和血清孵育后条带完整。铜和碳纳米管纳米颗粒反加速降解。荧光素酶编码mRNA功能实验显示FePO₄保持翻译效率，发光较对照增2倍；铜纳米颗粒降低表达。结果凸显FePO₄作为稳健RNA稳定剂并维持生物活性，定位为mRNA疗法和疫苗候选载体。

RNA稳定化与翻译：a 水中降解实验；b 血清稳定性；c FePO₄ vs 铜纳米颗粒荧光素酶表达。

结论

FePO₄纳米颗粒经简单共沉淀和PEG化策略制备，形成单分散颗粒（~175 nm）、稳定负表面电荷。高生物相容性（80 μg/mL下>70%活力）和高效DOX负载（26.8%）。FePO₄-DOX纳米颗粒实现增强细胞毒性（IC₅₀降10倍）和提高癌细胞选择性。颗粒同时稳定RNA抗水解并保持mRNA翻译活性，验证其作为药物和核酸载体的双重角色。这些属性使FePO₄纳米颗粒成为治疗递送和食品强化铁及生物活性化合物的引人注目平台。