新型水凝胶提升癌症协同治疗效率,新型纳米凝胶能阻断癌细胞耐药基因

新型水凝胶提升癌症协同治疗效率

在癌症初期,化疗通常能缩小肿瘤,但如果癌细胞产生了耐药性,肿瘤还会再次长大。最近,美国麻省理工学院开发出一种新型纳米凝胶,能帮助阻断造成耐药性的基因,然后再次进行化疗,攻击那些已被“解除武装”的肿瘤。相关论文发表在近期美国《国家科学院学报》上。

本报讯(记者杨保国 通讯员周慧)近日,合肥工业大学科研团队成功研发出一种新型可注射水凝胶,通过对肿瘤局部长效可控的药物释放,实现了肿瘤治疗效率的大幅提升,为癌症协同治疗提供了一种新的理论方法。相关成果发表在《材料视野》上。

据物理学家组织网日前报道,这种材料由嵌在水凝胶中的金纳米粒子构成,金纳米粒子外面涂有一层DNA链,其序列与MRP1信使RNA的序列互补,mRNA负责把DNA指令传递到其他细胞。凝胶可以注射或植入肿瘤,植入后会覆盖在肿瘤细胞外。这种局部注入的方式会保护粒子不被分解,还能长期缓释药物。

局部化疗通过将药物直接注入肿瘤部位,能够在提高化疗效率的同时降低全身的毒副反应。由亲水性高分子通过一定的化学或物理交联形成的水凝胶,被认为是此类治疗药物的有效载体。然而,目前分子型水凝胶材料仍存在控制药物释放能力不强、药物低浓度缓慢释放易引起肿瘤耐药性等弱点。

MRP1基因是诸多能帮肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性的基因之一。MRP1编码蛋白就像个泵一样,从肿瘤细胞中清除抗癌药,使之无法发挥效力。这种“泵”对多种药均有效,包括常用的抗癌药阿霉素,但对5-氟尿嘧啶是无效的。

合肥工业大学查正宝课题组与陆杨课题组合作,创新性地通过调控溶液的酸碱度,诱导明胶蛋白纳米粒子表面由负电荷反转为正电荷,使其与带负电荷的类黑色素聚多巴胺粒子相互吸引,从而制备出质地均一的新型可注射水凝胶。

研究人员把纳米粒子外面的DNA链称为“纳米信标”,它们折叠成一种像发卷似的结构。在癌细胞中,当DNA遇到了与其匹配的mRNA序列时,会阻止它产生更多的MRP1蛋白分子,同时折叠的DNA链打开,释放出其中的5-氟尿嘧啶。当MRP1蛋白不再产生时,药物就会攻击肿瘤细胞的DNA。

实验结果表明,由于对肿瘤弱酸性微环境及较高浓度的基质金属蛋白酶高度敏感,这一新型水凝胶在包载化疗药物阿霉素后注入肿瘤组织,可实现肿瘤局部长效的药物释放。同时,其纳米组成单元中类黑色素聚多巴胺粒子的存在,使该材料可同时实现近红外激光介导的热促药物释放及肿瘤的热化疗协同治疗,提高肿瘤的治疗效率。

“在癌症治疗中,耐药性是一个巨大障碍,也是化疗在许多情况下效果不好的原因。”论文第一作者、MIT医学工程与科学学院博士后乔·康德说,“当我们使基因沉默后,细胞就失去耐药性,此时释放出药物就能再次发挥功效。”

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