靶向分子和放射性示踪剂与药物纳米载体的简单快速结合用于癌症治疗

理想的抗癌纳米囊泡应具有三个功能：1) 一种精确靶向分子，优先将其结合到癌细胞的表面标志物上，2) 一种强结合的放射性核素信号，允许 PET 扫描定位体内的囊泡，以及 3) 在癌症肿瘤中携带和释放药物治疗(例如化学疗法)的能力。

它还将满足另外两个要求——具有简单易行的制造方法，以及在体内具有生物相容性和可生物降解性。

阿拉巴马大学伯明翰分校的一个团队现在描述了一种微小的聚合物囊泡——在最初的临床前实验中——似乎可以克服这些障碍。每个聚合物囊泡都是一个薄壁的空心球体，但聚合物囊泡上的涂层标志着向前迈进了一步。

60 纳米的三嵌段共聚物聚合物囊泡具有可降解的单宁酸，或 TA，通过氢键吸附在表面上。Eugenia Kharlampieva 博士和 Suzanne E 表示，该 TA 能够快速稳定地结合单克隆抗体靶向分子和锆放射性核素或 Zr，而无需构建特定的接头，例如螯合剂. Lapi, Ph.D., UAB团队的领导者。他们的研究发表在《生物大分子》杂志上。

“在这项研究中，我们开发了一种简单的方法来对 PVPON 5 -PDMS 30 -PVPON 5三嵌段共聚物纳米囊泡进行无螯合剂修饰，直径约为 60 至 80 纳米，具有一层多酚，可同时用于锚定89 Zr 放射性示踪剂或其他用于分子成像的活性金属离子，以及用于靶向 HER2 阳性乳腺癌细胞的纳米囊泡的 HER2 靶向配体曲妥珠单抗单克隆抗体，”UAB艺术与科学学院杰出教授 Kharlampieva 说'化学系。PVPON 5是一种短的五单体亲水聚合物嵌段，PDMS 30是三嵌段共聚物中较长的 30 单体疏水聚合物嵌段。

乳腺癌是最常见的癌症疾病之一，全球死亡率仍然很高。全身性药物或治疗性抗体是目前的疗法，但它们通常与心脏损伤和功能障碍有关。图像引导的药物递送至实体瘤可以实现有效的药物活性，同时降低药物毒性。

“据我们所知，我们的工作代表了第一个能够在体内进行长期多日 PET 成像研究的无螯合剂放射性标记聚合物囊泡的例子，”UAB 回旋加速器设施主任兼教授 Lapi说。 UAB放射科。“本文开发的放射性标记方法可以潜在地提供广泛同位素的稳定结合，而不会在体内从囊泡膜中浸出放射性金属。值得注意的是，这种方法结合了多酚聚合物囊泡膜的固有优势和快速锚定乳腺癌细胞靶向配体的优势。”

在该研究中，聚合物囊泡上的 TA通过非特异性离子配对结合89 Zr 4+放射性核素，TA 还通过氢键和离子配对结合曲妥珠单抗单克隆抗体或 Tmab。正如健康小鼠的 PET 扫描所证实的那样， 89 Zr的保留时间长达 7 天。

“与目前开发的共价方法相比，锚定在聚合物囊泡膜上的非共价 Tmab 对纳米颗粒修饰非常有利，因为它可以轻松快速地整合各种靶向蛋白，”Kharlampieva 说。“鉴于这些聚合物囊泡具有封装和释放抗癌药物的能力，它们可以进一步扩展为精确靶向的治疗载体，通过高效的药物输送策略促进人类健康。”

在89 Zr-草酸盐溶液中孵育 TA-聚合物囊泡 1 小时，放射性标记产率为 97%，并且这些产率在 1、3 和 7 天内保持一致。标记的聚合物囊泡在体外与两条癌细胞系孵育最多四天时没有细胞毒性。此外， 89 Zr 与已经附着 Tmab 的聚合物囊泡的结合也具有 97% 的高产率和 7 天内的稳定性。UAB 研究人员说，这些结合产量足以用于临床。

接下来，在小鼠中间接证明了89 Zr 在 TA 聚合物囊泡上的稳定保留。

游离89 Zr 放射性示踪剂的生物分布先前已被报道主要定位在动物的脊柱和股骨中，这是由于锆与骨骼中的磷酸盐部分发生螯合。UAB 研究人员发现，当将游离89 Zr 注射到小鼠体内时，根据 PET 扫描测量，24 小时后几乎所有的 89 Zr 都位于股骨中。当将89 个Zr-TA-聚合物囊泡注射到小鼠体内时，可以看到截然不同的生物分布。在骨头中发现可忽略不计的放射性;相反，几乎所有的放射性都在脾脏和肝脏中。对于大于 6 至 8 纳米的纳米材料，该位置代表纳米囊泡通过单核吞噬细胞系统的已知预期清除率。

“观察到的游离89 Zr 和金属放射性示踪剂标记的囊泡之间的显着差异很重要，因为它证明了聚合物纳米载体在体内不受阻碍的能力，”Lapi 说。

小鼠体内强烈的成像对比在 7 天内得以保留，进一步证明了89 Zr 在 TA 聚合物囊泡上的紧密保留。

89 Zr-Tmab-TA-聚合物囊泡靶向 HER2 阳性癌细胞的能力在体外通过纳米囊泡与 HER2 阳性乳腺癌细胞与 HER2 阴性细胞的差异结合得到证实。研究人员表示，有必要对动物的乳腺癌肿瘤进行进一步测试。

该研究的共同第一作者是 UAB 化学系的 Veronika Kozlovskaya 和 UAB 放射学系的 Maxwell Ducharme， “直接放射性标记曲妥珠单抗靶向三嵌段共聚物囊泡与89 Zr 用于正电子发射断层扫描成像”。