亿迅智能制造网
工业4.0先进制造技术信息网站!
首页 | 制造技术 | 制造设备 | 工业物联网 | 工业材料 | 设备保养维修 | 工业编程 |
home  MfgRobots >> 亿迅智能制造网 >  >> Industrial materials >> 纳米材料

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗

摘要

为实现更好的抗肿瘤疗效,迫切需要提高抗癌药物在靶向癌细胞中的递送效率。本研究通过微波辅助还原制备壳聚糖功能化氧化石墨烯(ChrGO)纳米片,用于乳腺癌细胞抗癌药物胞内递送纳米系统。药物负载与释放研究表明阿霉素可高效负载于 ChrGO 纳米片并实现释放。ChrGO/阿霉素在递送过程中药物释放较少且生物相容性更好,显著提高了其在 HER2 高表达 BT-474 细胞中的安全性和治疗疗效。此外,ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗在 BT-474 细胞中表现出协同抗肿瘤活性,治疗疗效优于单药。曲妥珠单抗(5 μg/mL)或等量 ChrGO/阿霉素(5 μg/mL)单独处理分别诱导 54.5% 和 59.5% 细胞死亡,而联合处理导致 88.5% 细胞死亡。双靶向疗法显示更高凋亡率,因不同作用机制而展现优越疗效。ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗处理 BT-474 细胞诱导细胞周期阻滞和凋亡,最终导致癌细胞增强死亡。本工作为微波辅助制备 ChrGO 作为可控靶向胞内药物递送纳米系统提供了简便途径,有望成为治疗 HER2 高表达乳腺癌细胞的新型有前景疗法。

引言

HER2 受体是 EGFR 受体家族成员,介导癌细胞生长分化,在 20–30% 人类乳腺癌中高表达,导致转移性肿瘤表型和不良预后 [1]。HER2 在约 20% 人类胃癌中也高表达 [2]。曲妥珠单抗作为人源化单克隆治疗抗体,在 HER2 高表达乳腺癌患者一线治疗中显示出良好治疗优势 [3]。但曲妥珠单抗总体反应率有限:单药治疗 15–30%,联合化疗药物 50–75% [4]。对曲妥珠单抗有反应的患者中,大多数最终在初始反应后进展,持续治疗后随时间获得耐药性 [5]。因此,开发针对 HER2 高表达患者的新型疗法以提高总生存率至关重要。

蒽环类药物仍是癌症治疗骨干。对蒽环类药物而言,拓扑异构酶 II 抑制剂阿霉素广泛用于治疗乳腺癌、肺癌、淋巴癌等 [6]。阿霉素因 HER2 基因与拓扑异构酶 II 基因邻近,对 HER2 高表达乳腺癌患者有效 [7]。尽管蒽环类疗法在乳腺癌中显示临床获益,但心脏功能障碍限制了更广泛应用。临床试验中,曲妥珠单抗联合阿霉素虽显著疗效,但高度剂量依赖性心脏毒性是亟待解决问题 [8]。在癌症靶组织持续释放化疗药物被认为是降低治疗所需剂量、改善安全性的良策 [9]。为实现更好抗肿瘤疗效且减少副作用,迫切需要提高抗癌药物靶向癌细胞的递送效率。

氧化石墨烯(GO)基纳米材料在化疗药物可控递送方面展现巨大潜力 [10]。研究表明 GO 毒性与其表面官能化相关 [11]。近期,壳聚糖和 PEG 等环保剂被报道用于 GO 官能化以降低表面毒性官能团 [12,13]。纳米颗粒在生物介质中胶体稳定性对开发临床用有效安全药物递送系统至关重要 [14]。官能化 GO 纳米片因生物相容性和稳定性等特性在生物医学应用受关注。作为石墨烯基生物材料优秀候选者,GO 或 rGO 胶体稳定性对控制药物载体性能重要。聚乙二醇官能化 GO 在细胞培养基中表现出改善的胶体性质 [15]。P. Khanra 报道利用酵母细胞作为还原生物催化剂同时还原和生物官能化 GO 的新方法 [16,17]。Avinav G 展示利用酵母提取物在高压灭菌过程中单锅生物合成 GO [18]。微米级 GO 片层超声处理数小时得 GO 纳米片,胶体稳定性优于常规微米级 GO [19]。尽管前期研究展示 GO 作为生物材料的高潜力,但利用无细胞酵母提取物通过微波辅助还原制备壳聚糖生物官能化 GO 纳米片尚未研究。为此,构建新型壳聚糖功能化氧化石墨烯(ChrGO)结构,采用简便微波合成体系利用酵母提取物作为还原剂。此外,GO 与生物相容性壳聚糖有效官能化为高效药物负载和递送提供潜在平台。药物负载释放研究证实阿霉素可高效负载于 ChrGO 纳米片并释放。ChrGO/阿霉素复合物呈浓度依赖性显著抗肿瘤活性。特别地,ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗在 BT-474 细胞中比单药治疗产生增强生长抑制效应。这些药剂的协同抗肿瘤疗效通过细胞周期阻滞和凋亡介导,最终导致癌细胞死亡。本文报道了 ChrGO 复合物快速、低成本生产的有前景路线,以时空可控方式递送化疗药物实现高效癌症治疗(方案 1)。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
微波辅助生物官能化还原石墨烯氧化物作为 HER2 高表达 BT-474 细胞双靶向疗法可控药物递送纳米系统示意图

材料与方法

材料

石墨粉购自青岛华泰科技(中国青岛)。壳聚糖和阿霉素购自阿拉丁试剂(中国上海)。曲妥珠单抗购自霍夫曼-拉罗什(瑞士巴塞尔)。RPMI-1640、DMEM 和胎牛血清(FBS)购自 Invitrogen(美国卡马里洛)。Amicon® Ultra 离心过滤器购自 Merck Millipore。CellTiter 96® 水溶性单一溶液细胞增殖分析试剂盒和 Caspase-Glo® 3/7 分析系统试剂盒购自 Promega(美国麦迪逊)。干面包酵母购自 AB/Mauri(中国)。BT-474 和 Cos-7 细胞系购自中国科学院细胞库(中国上海)。LB 培养基购自 Sangon Biotech(中国)。所有化学品均为分析纯,商业购买无需进一步纯化。

微波辅助还原壳聚糖功能化 GO

采用改良 Hummer 法 [14] 由天然石墨片制备氧化石墨烯(GO)。为获得单层纳米级 GO,用超声探头(Scientz,中国)800 W 超声剥离 8 h。剥离 GO 分散于去离子水备用。通过微波合成系统利用壳聚糖水溶液微波辅助还原制备部分还原壳聚糖-GO(ChrGO)纳米片。无细胞酵母提取物用于 ChrGO 微波辅助还原生物合成。首先,储存酵母细胞接种 LB 培养基,135 rpm、25°C 振荡培养 18 h 活化。活化酵母细胞转移至 2% 蔗糖溶液,135 rpm、25°C 振荡 6 h。2000 rpm 离心 5 min 获得 6 mL 无细胞酵母提取物。50 mg 壳聚糖溶于 25 mL 2%(v/v)乙酸溶液,与酵母提取物混合 [20]。5 mg GO 溶液在剧烈磁力搅拌下加入。最终制备溶液转入 NOVA-2S 微波合成设备(PreeKem,中国)进行微波反应。微波系统加热方案:升温至 80°C 5 min,保温 5 min。所得 ChrGO 经 100 kDa MWCO 滤膜(Millipore,美国)纯化,冻干备用。

表征

透射电镜(TEM,JEM-2100,JEOL,日本,200 kV 加速电压)观察纳米级 GO 形貌。紫外-可见(UV-Vis)光谱用 Lambda 950 分光光度计(Perkin-Elmer,美国)测定。傅里叶变换红外(FTIR)光谱用 Vertex 70 光谱仪(Bruker,德国)扫描 4000–400 cm⁻¹,KBr 压片制样。拉曼光谱用 Senterra R200-L 拉曼显微镜(Bruker Optics,德国),激发波长 532 nm 记录。X 射线衍射(XRD)用 Bruker D8 Advance 衍射仪(Bruker,德国)检测。表面元素用 X 射线光电子能谱(XPS)Kratos AXIS Ultra DLD(单色 Al Ka 辐射 1486.6 eV,Shimadzu,日本)记录。热重分析(TGA)用 PerkinElmer Pyris 1 TGA(PerkinElmer,美国),氮气氛围 30–800°C,升温速率 5°C/min。表面电荷用 Malvern Zeta Nano ZS-90 仪器(Malvern,英国)测量。

药物负载与释放

4 mg ChrGO 纳米颗粒悬浮于 20 mL 阿霉素水溶液(0.4 mg/mL)中。超声 0.5 h 后避光黑暗搅拌 24 h。通过 50 kDa MWCO Amicon 过滤器(Millipore,美国)离心过滤除去未负载阿霉素,用磷酸缓冲液(PBS,pH 8.0)洗涤至上清液无色。用 UV-Vis 分光光度计在 490 nm 处按标准阿霉素浓度曲线测定浓度。通过测量 Amicon® Ultra-15 mL 离心过滤器上清液阿霉素浓度损失,用 UV-Vis 吸光度确定阿霉素负载量。

研究 ChrGO 阿霉素释放特性。阿霉素负载 ChrGO 浸入 10 mL PBS 缓冲液。规定间隔离心过滤收集 2 mL 从 ChrGO 脱附释放的阿霉素溶液(50 kDa MWCO Amicon 过滤器)。每次取样后加 2 mL 新鲜 PBS 保持 ChrGO/阿霉素溶液体积恒定。用 SpectraMax® M5 微孔板读数仪(Molecular Devices,美国)在 490 nm 处 UV-Vis 吸光度测定释放量。在不同 pH 溶液(pH 5 和 7.4)中研究释放行为。

生物相容性分析与治疗疗效分析

BT-474 和 Cos-7 细胞分别在含 10% FBS 的 RPMI-1640 和 DMEM 中培养,37°C、5% CO₂ 湿润环境。通过细胞毒性实验分析 GO 和 ChrGO 生物相容性。细胞接种于 96 孔平底板(3×10⁴ 细胞/孔),预培养 18 h 后用 GO 和 ChrGO 处理,再孵育 24 h。用 CellTiter 96® 测定细胞活力,SpectraMax® M5 在 490 nm 处测吸光度。

通过增殖抑制实验 [16] 研究 ChrGO/阿霉素复合物单独或联合曲妥珠单抗对 BT-474 细胞增殖疗效。BT-474 细胞接种于 96 孔板(1×10⁴ 细胞/孔),培养 24 h。引入 ChrGO/阿霉素复合物单独或联合曲妥珠单抗。96 h 孵育后用 CellTiter 96® 测定存活细胞,SpectraMax® M5 在 490 nm 测吸光度。数据单因素方差分析(ANOVA),p<0.05 为统计学显著。

细胞周期分析与凋亡实验

细胞周期分析:BT-474 细胞接种六孔板(5×10⁵ 细胞/孔)贴壁 16 h。用 ChrGO/阿霉素复合物单独或联合曲妥珠单抗处理 24 h。收集细胞,70%(v/v)乙醇 4°C 固定 24 h。固定细胞用碘化丙啶溶液(15 μg/mL)含核糖核酸酶 A(10 μg/mL)25°C 染色 1 h。流式细胞仪(BD Biosciences,美国)分析。凋亡实验:BT-474 细胞接种白壁 96 孔板(2×10⁴ 细胞/孔)贴壁 18 h。用 ChrGO/阿霉素复合物、曲妥珠单抗单独或联合处理 24 h。弃培养基,每孔加 100 μL Caspase-Glo® 3/7 试剂,室温孵育 2 h。SpectraMax® M5 测发光值。单因素 ANOVA 分析,p<0.05 显著。所有研究符合相关指南法规。

结果与讨论

合成与表征

透射电镜(TEM)表征合成 GO 片层形貌。图 1a 显示 GO 纳米片尺寸均匀分布在 100 nm 以下,平均约 45 nm。GO 高电子密度较壳聚糖(低电子密度、水化性质)对比度更好 [21]。因较大比表面积,纳米级 GO 或 rGO 片层广泛用作药物载体 [22]。图 1c 选区电子衍射(SAED)图显示同心环,证明对应氧化石墨烯的多晶性质 [23]。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a GO 纳米片低倍率 TEM 图像;b 纳米片高分辨 TEM 图像;c GO 纳米片典型 SAED 图

为稳定 GO 纳米片于生理溶液,采用微波系统微波辅助还原制备壳聚糖功能化 GO 纳米片 [24]。所得还原 GO-壳聚糖(ChrGO)经 UV-Vis 分析。图 2a 显示 GO 和 ChrGO UV-Vis 光谱。GO 在 230 nm 处有尖锐吸收峰,300 nm 处有肩峰,分别归因于芳香 C=C 键 π-π* 跃迁和 C=O 键 n-π* 跃迁 [25,26]。壳聚糖接枝 GO 后,230 nm 峰红移至 270 nm,300 nm 肩峰明显消失,归因于芳香碳原子间电子共轭部分恢复 [27]。图 2b 显示合成 ChrGO 黑色溶液,表明部分还原氧化石墨烯(p-rGO)形成。GO 纳米片和 ChrGO 均在去离子水中良好分散。GO 或 GO 衍生物在水溶液中胶体稳定性对生物医学应用至关重要。结果表明还原后壳聚糖与 GO 结合。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a GO 纳米片和 ChrGO 水溶液 UV-Vis 光谱;b GO 纳米片和合成 ChrGO 照片

FTIR 表征 GO、壳聚糖和 ChrGO 结构(图 3a)。GO 特征峰位于 3440 cm⁻¹ 和 1376 cm⁻¹,分别对应 O-H 和 C-OH 键。1072 cm⁻¹ 峰归属于 C-N-C 伸缩振动。壳聚糖分子 2912 cm⁻¹ 和 2848 cm⁻¹ 峰分别归因于 CH₃- 和 -CH₂- 伸缩振动 [28,29]。壳聚糖功能化 p-rGO 产生新键,导致 ChrGO 光谱出现新峰。ChrGO 中 1636 cm⁻¹ C=O 带强度显著降低,表明还原过程去除了 GO 含氧官能团 [30]。ChrGO FTIR 光谱确认壳聚糖成功接枝 GO。此外,拉曼光谱表征石烯电子性质和结构。G 峰归因于 sp² 碳域 E₂g 声子,D 峰归因于 sp³ 碳原子域和无序碳原子振动。D 峰强度指示碳片层无序和缺陷特征 [31]。GO 纳米片还原也通过 D/G 峰信号比分析 [32]。GO 代表性拉曼光谱显示 D 峰(1341 cm⁻¹)和 G 峰(1591 cm⁻¹)两特征峰(图 3b)。I_D/I_G 相对强度变化说明 GO 还原过程中电子共轭状态变化 [33]。D 峰位移显示还原 GO 成功功能化。I_D/I_G 从 0.99(GO)增至 1.12(ChrGO),归因于功能化引入 sp³ 缺陷和石墨烯特征结构不完全恢复 [34]。这与前期报道一致,表明形成壳聚糖功能化石墨烯 [16]。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a GO、ChrGO、壳聚糖 FTIR 光谱;b GO 和 ChrGO 拉曼光谱

XPS 确认 ChrGO 表面组成。ChrGO 全扫描 XPS 谱显示 284、399、533 eV 三峰,分别对应 C1s、N1s、O1s(图 4a)。相对元素分析显示 ChrGO 氧、氮含量增加,碳含量相对减少(对比 GO)。ChrGO 高分辨 C1s 谱(图 4b)显示四个分离峰,对应 C-C 或 C=C(sp²,284.7 eV)、C-O(环氧/羟基,286.4 eV)、C=O(sp³,288.2 eV)、O=C-O(羧基,289.1 eV)键。ChrGO 中酰胺峰出现证明壳聚糖在 GO 上成功功能化 [35]。表面丰富亲水官能团使 ChrGO 高度水溶,与 FTIR 结果一致。酵母提取物中还原性氨基酸和 α-亚麻酸等生物分子可能在微波辅助 ChrGO 制备中起重要作用 [20]。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a GO 和 ChrGO 全扫描 XPS 谱;b ChrGO C1s 高分辨谱

GO 和 ChrGO X 射线衍射(XRD)图谱见图 5a。GO XRD 谱主峰 11.0° 和弱峰 20.7° 明显呈现石墨结构。11.0° 特征衍射峰对应 GO(001)晶面,证实 GO 成功合成 [36]。20°–24° 间小凸起显示石墨化组分,归因于未氧化原始石墨 [37]。壳聚糖功能化后,GO(001)峰消失,而 21.4° 宽衍射峰变突出。此位移归因于 GO 还原,还原使 rGO 比 GO 堆积更紧密。ChrGO 样品(002)反射非常宽,表明样品沿堆叠方向有序度极差,可能因 GO 不完全还原 [33]。热重分析(TGA)研究 GO、壳聚糖、ChrGO 分解行为 [38]。ChrGO、GO、壳聚糖 TGA 曲线(图 5b)在氮气氛测定。GO 100°C 以下开始失重,归因于堆叠结构中吸附自由水消除 [39]。GO 在 191–231°C 失重 42%,关联不稳定含氧官能团分解。ChrGO 在 100–250°C 失重率显著低于 GO,显示不同分解模式。ChrGO 和纯壳聚糖 250–440°C 热消除,关联更稳定官能团如壳聚糖糖苷键和羧基解聚热解 [40]。对比 GO,ChrGO 热稳定性更好,首分解阶段 250–440°C 主要失重 36%,而 GO 几乎无失重。450–800°C 高温区显著失重归因于碳骨架热降解,可归因于壳聚糖残留和酵母提取物生物分子如氨基酸 [41]。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a GO 和 ChrGO XRD 图谱;b GO、壳聚糖、ChrGO TGA 曲线

Malvern Zeta Nano ZS-90 测量 GO 和 ChrGO 表面电荷(附件 1:图 S1),这是胶体稳定性重要参数。GO 纳米片较高表面电荷密度产生更稳定胶体分散 [42]。GO zeta 电位随 pH 从 3 到 11 单调从 -10.7 mV 降至 -35.5 mV,确认 GO 纳米片表面负电荷。ChrGO zeta 电位在 pH 3–11 范围内均低于 GO。ChrGO 纳米片在全 pH 范围显示稳定性,而 rGO 胶体因去氧表面 π-π 堆积增加在去离子水中稳定性较差 [43]。尽管壳聚糖表面存在游离胺基 [44],ChrGO 未达到更高 zeta 电位。ChrGO 较低 zeta 电位可能归因于酵母提取物丰富负电荷氨基酸分子,增强生理溶液中胶体稳定性 [20]。ChrGO 负电荷表面使其潜在适用于药物负载和递送。

合成 ChrGO 生物相容性

合成 ChrGO 生物相容性对药物递送应用重要。通过细胞毒性实验研究 ChrGO 和 GO 细胞毒性。Cos-7 和 BT-474 细胞分别与 ChrGO 或 GO 共孵育 24 h。细胞毒性结果见图 6。结论:ChrGO 对 Cos-7 和 BT-474 细胞无明显细胞毒性。即使 100 μg/mL 浓度下,细胞活力仍 >90%。然而 GO 表现出显著剂量依赖性细胞毒性,100 μg/mL 时 Cos-7 和 BT-474 细胞存活率分别仅 73.0±0.5% 和 71.0±0.5%。结果表明壳聚糖表面功能化极大降低细胞毒性、显著改善生物相容性。GO 大分子表面功能化已报道显著减弱其细胞毒性 [45]。Hu 等人报道胎牛血清在细胞培养基中显著降低非小细胞肺癌 A549 细胞中 GO 细胞毒性 [46]。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
GO 和 ChrGO 生物相容性。不同浓度纳米颗粒与 a Cos-7 细胞、b BT-474 细胞共培养,测定细胞活力

药物负载与释放

ChrGO 作为药物载体的潜在生物医学应用通过药物负载释放行为衡量。石墨烯衍生物结构特性因极大比表面积对芳香族药物递送高效。阿霉素作为多种血液恶性肿瘤和实体瘤主要化疗药物,常作为模型药物评价石墨烯衍生物药物递送系统 [47]。阿霉素在 ChrGO 纳米片负载能力通过 490 nm 特征 UV-Vis 吸收峰验证。最大负载效率高达 169.8%,部分归因于 ChrGO 纳米片大比表面积。阿霉素负载 ChrGO/阿霉素纳米复合物易分散于生理缓冲液,呈微红透明溶液。

为探究阿霉素从 ChrGO/阿霉素复合物释放特性,引入不同 pH PBS 模拟肿瘤细胞微环境。附件 1:图 S2 显示 pH 5 和 7.4 下阿霉素累积释放曲线。pH 5.0 PBS 中阿霉素释放表现为初始快速释放后较慢释放阶段。前 3 h 累积释放 6.5%,随后缓慢增加至 96 h 时 26.7%。对比 pH 7.4 下释放更慢更低:前 3 h 2.5%,96 h 7.4%。前期研究显示功能化 GO 在 pH 7.4 培养基中药物释放极慢 [48]。ChrGO 羧基质子化降低 π-π 堆积、氢键和静电相互作用,促进酸性介质中阿霉素释放 [49]。pH 敏感性赋予 ChrGO/阿霉素部位特异性药物递送潜力,进而增加肿瘤细胞细胞毒性。

ChrGO/阿霉素复合物治疗疗效

通过增殖抑制实验研究 ChrGO/阿霉素复合物在 HER2 高表达 BT-474 癌细胞中治疗疗效。HER2 受体高表达在 BT-474 乳腺癌细胞转化中起关键作用。单独曲妥珠单抗(抗 HER2 单克隆抗体)处理导致 BT-474 细胞显著生长抑制 [50]。图 7a 显示:ChrGO/阿霉素复合物处理后 BT-474 细胞活力显著下降,呈剂量依赖性毒性效应。此外,与游离阿霉素相比,ChrGO/阿霉素复合物杀灭 BT-474 细胞效果较弱,归因于负载阿霉素渐进扩散而非游离阿霉素直接处理 [51]。但随 ChrGO/阿霉素复合物浓度增加,其治疗疗效接近游离阿霉素,可由 ChrGO 载体持续阿霉素释放解释。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a BT-474 细胞孵育不同浓度游离阿霉素和 ChrGO/阿霉素复合物负载阿霉素体外细胞活力;b ChrGO/阿霉素复合物(5 μg/mL)联合曲妥珠单抗(5 μg/mL)在 BT-474 细胞细胞毒性。Adria:阿霉素。**p<0.01,***p<0.001

研究抗 HER2 单克隆抗体曲妥珠单抗能否改善等量负载于 ChrGO 阿霉素抗肿瘤活性。BT-474 细胞用曲妥珠单抗单独或联合 ChrGO/阿霉素处理。单独曲妥珠单抗显著抑制 BT-474 增殖,与前期报道一致 [52]。曲妥珠单抗联合 ChrGO/阿霉素产生增强生长抑制效应,如图 7b 所示:联合治疗细胞活力降低 88.5%,而单独曲妥珠单抗(5 μg/mL)降低 54.5%,单独等量 ChrGO/阿霉素(5 μg/mL)降低 59.5%(对照阴性对照)。结果提示 ChrGO 系统可有效开发联合疗法复合物,ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗比单药产生适度但显著的细胞活力降低。

细胞周期分析与凋亡

为确定 ChrGO/阿霉素复合物是否影响细胞周期进程,对 BT-474 细胞进行 ChrGO/阿霉素单独或联合曲妥珠单抗处理的细胞周期分析。图 8a 流式细胞术分析显示:单独曲妥珠单抗增加 G0/G1 期细胞比例。单独 ChrGO/阿霉素处理与对照细胞相比,显著减少 G0/G1 期细胞,S 期和 G2/M 期累积。ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗介导 S 期阻滞,伴随 G0/G1 期细胞显著减少。ChrGO/阿霉素主要在 S 期活跃,联合曲妥珠单抗较单独 ChrGO/阿霉素可增加 G0/G1 期。前期报道曲妥珠单抗可致 G1 期细胞阻滞 [53]。阿霉素抑制细胞增殖和 DNA 复制,最终导致细胞周期阻滞 [54]。

微波还原壳聚糖包覆氧化石墨烯用于靶向阿霉素递送及增强乳腺癌治疗
a BT-474 细胞 ChrGO/阿霉素单独或联合曲妥珠单抗处理后细胞周期分析;b ChrGO/阿霉素(5 μg/mL)联合曲妥珠单抗(5 μg/mL)在 BT-474 细胞诱导凋亡效应。Adria:阿霉素。**p<0.01,***p<0.001

为评估 ChrGO/阿霉素对凋亡分子影响,BT-474 细胞分别用 ChrGO/阿霉素、曲妥珠单抗或两者联合处理 48 h。凋亡可视化常用 caspase 3/7 活性作为凋亡特异标志物,因其活性与凋亡过程相关 [55]。图 8b 显示:与阴性对照相比,单独 ChrGO/阿霉素(5 μg/mL)显著增加 caspase 3/7 活性。然而单独曲妥珠单抗(5 μg/mL)未显著增加 caspase 3/7 表达,提示曲妥珠单抗不诱导凋亡。对比单药,ChrGO/阿霉素(5 μg/mL)联合曲妥珠单抗(5 μg/mL)显著增加 caspase 3/7 活性。双靶向疗法显示更高凋亡,因不同作用机制展现优越疗效。类似其他研究,阿霉素放大 HER2 高表达癌细胞凋亡反应 [56]。结论:ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗诱导细胞周期阻滞和凋亡,最终导致增强细胞死亡。

结论

本工作通过微波辅助还原构建壳聚糖功能化氧化石墨烯纳米片,展示生物相容性和良好分散稳定性。制备纳米复合物显示高药物封装和递送效率。ChrGO/阿霉素纳米片对 BT-474 表现剂量依赖性显著生长抑制。ChrGO/阿霉素联合曲妥珠单抗在 BT-474 细胞中产生优于单药的卓越治疗疗效。结果有利于开发可控递送药物的胞内纳米载体,有望改善 HER2 高表达癌症治疗效果。

数据与材料可用性

支持本研究结论的数据集可经通讯作者合理请求获取。

缩略语

ChrGO:
壳聚糖功能化氧化石墨烯
EGFR:
表皮生长因子受体
HER2:
人表皮生长因子受体-2
GO:
氧化石墨烯
DMEM:
Dulbecco 改良鹰培养基
FBS:
胎牛血清
TEM:
透射电镜
UV-Vis:
紫外-可见
FTIR:
傅里叶变换红外
XRD:
X 射线衍射
XPS:
X 射线光电子能谱
TGA:
热重分析
PBS:
磷酸缓冲液
SAED:
选区电子衍射
TGA:
重量分析

纳米材料

  1. 纳米纤维与丝状纳米载体:推进精准药物递送
  2. 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
  3. 环境响应型金属-有机框架:肿瘤精准药物递送
  4. 基于细胞的药物递送系统助力先进癌症治疗
  5. 斑马鱼:纳米技术赋能脑部药物递送的实时模型
  6. ¹³¹I标记FA修饰PLGA-脂质纳米颗粒实现黑色素瘤靶向紫杉醇递送与成像
  7. 纳米技术:从体内成像系统到可控药物递送
  8. 单分散GFP掺杂二氧化硅纳米粒子实现高效细胞内蛋白递送与生物成像
  9. 石墨烯/WO₃ 和石墨烯/CeOx 混合电极用于高性能超级电容器
  10. 双药负载纳米脂质体封装厄洛替尼与多柔比星的优化制备与理化表征
  11. 阴离子表面活性剂插层热还原氧化石墨烯在离子液体电解质中提升超级电容器能量密度
  12. 磨石剥离法:基于真实剪切力的高产率、大尺寸少层氧化石墨烯制备