厦大高锦豪团队Nano Lett.报道: 多功能八足形中空多孔二价锰氧化物纳米平台用于实时可视化的药物递送

【背景介绍】

众所周知，对癌症进行准确诊断和及时治疗在临床上具有重要意义。在过去几十年中，人们致力于开发具有响应于肿瘤微环境的诊疗多功能的智能纳米材料。基于无机的和基于有机物的纳米材料经常被用作纳米载体，用于在生物医学应用中提供治疗剂。将生物相容性与成像性能相结合的多功能纳米载体的发展尤为关键。由于锰氧化物纳米粒子能在肿瘤微环境中分解成水溶性的Mn²⁺离子，增强T1磁共振成像（MRI）信号，因此常被用作生物响应性纳米探针。此外，由此产生的Mn²⁺可以通过肾脏快速排出，而不会产生潜在的长期毒性。但大尺寸氧化锰纳米颗粒往往积聚在单核吞噬细胞系统（MPS）中，通过EPR效应破坏靶向肿瘤的优势。因此，具有小尺寸、大空腔和适当表面涂层的空心氧化锰纳米颗粒是一种理想的药物递送平台。

【成果简介】

近日，厦门大学的高锦豪教授（通讯作者）课题组报道了一种小尺寸八足形的中空多孔锰（II）氧化物（HPMO）纳米颗粒，用于肿瘤特异性药物递送和实时监测。作者利用两性多巴胺磺酸盐（ZDS）功能化的HPMO NPs作为一个多功能平台，以负载有机染料或高负载率的化疗药物。制备的药物@HPMO会分解成顺磁性的Mn²⁺，并在肿瘤微环境和溶酶体的酸性条件下释放药物。释放的Mn2+可增强T1磁共振信号，实时监测体内药物运输。该八足形的药物@HPMO作为一个智能型多功能纳米平台，具有pH响应的多模式成像和特定的位置药物输送，可以准确的诊断和有效的癌症治疗。研究成果以题为“Versatile Octapod-Shaped Hollow Porous Manganese(II) Oxide Nanoplatform for Real-Time Visualization of Cargo Delivery”发布在著名期刊Nano Lett.上。

【图文解读】

图一、pH响应小型八足形HPMO NPs作为T1可激活纳米载体以实时监测药物递送

图二、小尺寸八足形HPMO-NPs的表征及pH响应降解
（a-b）八足形MnO和HPMO-NPs的透射电镜（TEM）图像；

（c）HPMO NPs的SAXS曲线；

（d）不同pH值的PBS中孵育后HPMO NPs的TEM图像；

（e）不同pH值下孵育的HPMO NPs的UV-vis吸光光谱；

（f）不同pH值下，HPMO NPs的弛豫度测量；

（g）HPMO NPs的T1加权图像。

图三、药物释放、pH可激活的T1加权MR和荧光分析
（a）游离DOX和DOX@HPMO在不同pH值下的荧光光谱；

（b）不同pH值下，游离CPT和CPT@HPMO的荧光光谱；

（c）游离Rh123和Rh123@HPMO在不同pH值下的荧光光谱；

（d-f）DOX@HPMO、CPT@HPMO和Rh123@HPMO在不同pH值下的药物释放动力学。

图四、细胞摄取后，T1 MRI和荧光信号均“开启”

（a）HPMO NPs孵育不同时间后SMMC-7721细胞的T1加权MR图；

（b）（a）的定量MR信号分析；

（c）用Rh123@HPMO处理不同时间的SMMC-7721细胞的共聚焦荧光图像。

图五、可激活的T1 MR和荧光成像用于监测细胞中pH响应性的药物释放
（a）用DOX@HPMO、游离DOX处理4 h的SMMC-7721细胞的共聚焦荧光图像；

（b）与DOX HPMO孵育4 h后，SMMC-7721细胞的T1加权MR图像；

（c）（b）的定量MR信号分析；

（d）ICP-MS测量的（b）中SMMC-7721细胞中Mn的总量；

（e）不同培养条件下，用游离DOX和DOX@HPMO处理24 h的SMMC-7721细胞的细胞活力；

（f）（e）中IC₅₀值的比较。

图六、活体T1磁共振成像和荧光成像

（a）局部注射DOX@HPMO进入肿瘤和肌肉组织前后，携带H22肿瘤的小鼠的T1加权MR成像；

（b）（a）中的相关SNR；

（c）静脉注射前后小鼠的T1加权MR图像；

（d）（c）中SNR的定量分析；

（e）静脉注射DOX@HPMO前后，小鼠的主要器官和肿瘤的离体荧光成像；

（f）（e）中肿瘤的荧光强度分析。

图七、以HPMO NPs为药物载体的体内癌症治疗研究
（a）用DOX@HPMO、游离DOX、HPMO NPs或PBS治疗期间小鼠的肿瘤生长曲线；

（b）治疗20天后，从小鼠收集的肿瘤的平均重量；

（c）用DOX@HPMO、游离DOX、HPMO NPs或PBS治疗期间小鼠的体重变化曲线；

（d）处理20天后，小鼠的肿瘤和肝脏的H＆E组织学图像；

（e）处理20天后，对小鼠的生化指标进行定量分析。

【小结】

综上所述，作者发展了一种新型八足形HPMO纳米平台，具有高效的药物负载和pH激活T1 MR成像。HPMO NPs纳米载体可以分解成Mn²⁺并释放药物以响应温和的酸性环境。激活的T1 MR和荧光信号用于可视地监控药物的递送。T1 MR信号改变能够实时监测活体内药物释放。DOX@HPMO减少了DOX的副作用，同时有效抑制了肿瘤生长。这种通过pH响应性T1 MR和荧光成像实现药物释放的实时多模式监测的策略对于生物医学应用中的准确诊断和精确治疗具有重要意义。因此，这种具有可控释放和T1信号放大的多功能药物载体在癌症治疗方面具有相当大的应用潜力。

文献链接：Versatile Octapod-Shaped Hollow Porous Manganese(II) Oxide Nanoplatform for Real-Time Visualization of Cargo Delivery（Nano Lett.,2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01900）

本文由CQR编译。

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