氧化还原响应聚合物壳聚多巴胺核壳纳米颗粒：靶向给药与协同化疗-光热治疗

摘要

近红外（NIR）光热治疗（PTT）具高肿瘤选择性和微小副作用，但热量传递不足限制临床疗效。本文报道一种核壳纳米颗粒，结合聚多巴胺（PDA）核与二硫键交联聚(甲基丙烯酸)（PMAA）壳。PDA核提供高效NIR光热转换，氧化还原敏感PMAA壳封装阿霉素（DOX）并在癌细胞还原性酸性微环境中选择性释放。体外实验显示，DOX负载PDA@PMAA纳米颗粒配合低剂量激光照射对A549细胞产生协同抑制，总药物剂量5 µg mL⁻¹时细胞杀伤率>85%。该平台展示精准触发药物释放和增强化疗-光热疗效。

引言

PTT利用NIR吸收剂将光转化为热，需达>55℃消融温度实现肿瘤坏死同时保护正常组织。聚多巴胺（PDA）是贻贝启发聚合物，在NIR强吸收，光热转换效率40%，生物相容可降解。但单模PTT难在不损伤周围组织前提下使肿瘤核心达温。化疗联合高温成强强联手：热增强药物摄取和细胞毒性，化疗清除存活加热细胞。为实现此协同，我们设计智能核壳系统：PDA核供光热转换，二硫键交联PMAA壳作药物储库，在肿瘤还原环境（谷胱甘肽浓度2-10 mM vs 血浆20-40 µM）和弱酸性pH降解。

材料与方法

材料

所有试剂分析纯。多巴胺盐酸盐、甲基丙烯酰氯、谷胱甘肽、甲基丙烯酸（MAA）、N,N'-双(丙烯酰)胱氨酸（BAC）、偶氮二异丁腈（AIBN）、盐酸阿霉素（DOX·HCl）购自常规供应商。细胞培养试剂来自Invitrogen和Sigma-Aldrich。

表征

透射电镜（TEM，Tecnai G2 20 TWIN）观察形貌。动态光散射（DLS，Malvern Nano-ZS90）测流体动力学尺寸和ζ电位。UV-vis光谱用Perkin-Elmer Lambda 750记录。傅里叶变换红外（FT-IR，Nicolet 6700）确认交联。光热性能通过808 nm激光（5 W cm⁻²）照射水分散液（100 µg mL⁻¹）300 s，热电偶（±0.1℃）记录温升评估。细胞摄取和定位经共聚焦激光扫描显微镜（CLSM，Leica TCS SP8 STED 3X）成像。

PDA@PMAA纳米颗粒合成

PDA球通过0.5 g多巴胺在90 mL H₂O/40 mL EtOH/3 mL NH₃·H₂O中30℃氧化24 h制得。PMAA壳经蒸馏-沉淀聚合生长：100 mg MAA、10 mg BAC、3 mg AIBN溶于25 mL乙腈，加入50 mg PDA球。混合物加热至100℃搅拌2 h，离心洗涤。通过调节PDA/MAA质量比（0.5-6）调控壳厚（120-200 nm）。

药物负载与释放

DOX（1 mg mL⁻¹，pH 8.0）与10 mg PDA@PMAA-1混合24 h，离心洗涤。从480 nm UV-vis吸光度计算负载量（LC）和包封率（EE）。体外释放在磷酸缓冲液（pH 7.4、5.5）含/不含10 mM GSH、37℃下监测，每2 h取样。透析袋（14 kDa MWCO）装纳米颗粒；取样更换释放介质。释放百分比=累积释放药物/总负载药物。

细胞实验

人胚肾（HEK-293T）和肺腺癌（A549）细胞用DMEM+10% FBS培养。DOX负载PDA@PMAA细胞摄取经1 h和4 h孵育观察。细胞毒性用MTT法评估：细胞用游离DOX、空白PDA@PMAA或DOX负载PDA@PMAA（10-100 µg mL⁻¹）处理24 h，配合/不配合808 nm激光（5 W cm⁻²，300 s）。细胞活力相对未处理对照表示。活/死染色（Calcein-AM）和CLSM确认治疗结果。

结果与讨论

纳米颗粒形貌与理化性质

TEM显示单分散球形PDA核（~100 nm）和PDA@PMAA颗粒（120-200 nm）均匀壳层。DLS显示水介质中流体动力学直径176-349 nm，指示聚合物层膨胀。ζ电位随壳厚增加从-26.8 mV（PDA）变至-30.2至+33.2 mV（PDA@PMAA），反映羧基暴露。FT-IR确认BAC酰胺I/II带（1650/1550 cm⁻¹）和PMAA C=O伸缩振动（1706 cm⁻¹），证实成功交联。

光热性能

UV-vis谱显所有样品具宽NIR吸收；PDA在808 nm吸收最高。光热加热实验显示100 µg mL⁻¹ PDA分散液温升41℃，PDA@PMAA-1达56℃，超越肿瘤消融55℃阈值。温升与壳厚负相关，证实薄壳保留光热效率同时允许药物负载。

可控药物释放

PDA@PMAA-1 DOX负载得LC=5.1%、EE=53.7%，高于单独PDA（LC=3.7%）。生理缓冲液（pH 7.4）中释放可忽略（<11%/24 h）。10 mM GSH中24 h释放72.8% DOX，因二硫键断裂。酸性条件（pH 5.5）配合GSH触发爆发式释放（~87%/24 h），因质子化羧基致聚合物网络坍塌。光热照射（5 W cm⁻²，300 s）不改变释放曲线，表明加热时结构完整性。

体外抗肿瘤疗效

共聚焦图像显示DOX负载PDA@PMAA快速细胞摄取：荧光1 h现细胞质，4 h扩散至细胞核，指示高效内吞和药物释放。HEK-293T细胞经空白PDA@PMAA-1处理24 h，浓度达100 µg mL⁻¹仍>90%活力，确证生物相容性。A549细胞显剂量依赖性细胞毒性：空白PDA@PMAA-1配合激光使100 µg mL⁻¹处活力降至~54%；DOX负载PDA@PMAA-1无激光使同药剂量下活力降至~38%。DOX负载PDA@PMAA-1联合激光使活力降至~16%（IC₅₀=2 µg mL⁻¹），显著优于单一模式（游离DOX IC₅₀=5.6 µg mL⁻¹）。活/死染色佐证。数据确证协同化疗-光热效应，实现降低药剂量和最小正常组织损伤。

结论

我们构建了聚多巴胺核-二硫键交联PMAA壳纳米颗粒，同时具备高效NIR光热转换、氧化还原响应药物释放、优异生物相容性。DOX负载PDA@PMAA-1在肿瘤微环境中快速靶向释放，配合短时激光照射，低药浓度下实现>85%肿瘤细胞杀伤。该多功能平台为联合化疗-光热癌症治疗临床转化提供有力支撑。

数据与材料可用性

本研究生成的数据集可应通讯作者合理请求提供。