或能治疗最凶险的恶性脑瘤？新型纳米颗粒的小身材和大作用

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对于最常见且具有侵袭性的脑部肿瘤，只有少数药物化疗和放疗、手术能改善病情。而近期，新的希望在向人类招手，2018 年 5 月发表在 Nature Communications 的文章中，麻省理工学院的研究者们设计的纳米粒子能有效传输药物，给这种最棘手的脑癌治疗提供了优化选择。

撰文  徐文慧

多形性胶质母细胞瘤（Glioblastoma multiforme, GBM）是最常见具侵袭性、最难以治疗的致死脑部肿瘤之一，在世界范围内，每年约有 0.3‰ 的人被诊断出患有 GBM 。不幸的是只有少数药物被证明具有治疗效果，而被诊断患有 GBM 的患者治疗后的存活时间普遍只有 12~15 个月。预防 GBM 的方法尚不明确，一般的治疗方式是手术之后采用化疗和放疗，治疗后的复发几率极高。

麻省理工学院（MIT）的研究者们近期设计出了一种新的纳米颗粒，给治疗 GBM 带来了新的曙光。这种体型微小的粒子携带着两种不同的药物，能够轻巧的穿过血脑屏障（blood–brain barrier, BBB），直接与肿瘤细胞结合，一种药物破坏肿瘤细胞的DNA，而另一种药物则干扰用于修复破坏损伤的系统细胞。

GBM 核磁共振矢状视图

瞄准肿瘤细胞的阻碍

穿过血脑屏障递送新型分子抑制剂的难度，限制着对 GBM 治疗结果的改善。血脑屏障将大脑与循环血液分开，防止大分子进入大脑。另一个限制则来自于对单一药物治疗的迅速抵抗性。因此为了提高治疗效率，纳米颗粒需要具有穿越脑血屏障并携带递送两种能够互助完成毁坏肿瘤细胞的能力。

研究中纳米颗粒的设计是基于 Paula Hammond 和 Stephen Morton 的最初设计版本，Hammond是 David H. Koch 工程学教授，麻省理工学院化学工程系主任，麻省理工学院 Koch 综合癌症研究所的成员，而 Morton 曾是麻省理工学院研究生。

“该研究的独特之处在于，我们不仅能够利用这种机制非常有效地穿越血脑屏障靶向肿瘤，并且我们正在使用它来递送这种独特的药物组合。”  Hammond 说到。

有效破坏脑瘤细胞

怎样的设计能让纳米颗粒同时携带两种药物呢？研究者们设计出了类似蛋糕球的夹层球形颗粒，也叫做脂质体，一种药物位于核心处，另一种则被置于脂质外壳层中。

载有溴结构域抑制剂JQ1和替莫唑胺（TMZ）的脂质体的示意图

用配体对纳米颗粒表面进行包裹可以让它们更容易穿过血脑屏障，文章中使用的转铁蛋白（transferrin）就是一种有效的配体。更便捷的一点在于，转铁蛋白还能识别出肿瘤细胞的表面蛋白质并与之结合，带领纳米小球们直接聚在肿瘤部位。

准确直指肿瘤细胞是降低药物副作用的关键所在。相反的，如果将药物没有靶向性的注射到全身，则可能产生不良的副作用，例如作为第一代用于治疗 GBM 的化疗药物，替莫唑胺（temozolomide）可引起青肿，恶心和虚弱等副作用。这也是此次研究相对之前被认可的纳米颗粒药物载体有更大优势的地方。

另一个设计的独特之处在于它能同时携带两种药物，研究人员将替莫唑胺包在了脂质体的内核中，并在外壳中嵌入了一种名为溴结构域抑制剂（bromodomain inhibitor）的实验药物。位于外壳中的溴结构域抑制剂 JQ-1 首先干扰细胞修复 DNA 损伤，而内核的替莫唑胺进而再攻击肿瘤 DNA。

来自实验室的反馈

在患有 GBM 的小鼠身上测试新设计的纳米颗粒会怎样呢？研究人员们发现纳米颗粒到达肿瘤部位后，颗粒外层降解，释放溴结构域抑制剂 JQ-1。约 24 小时后，替莫唑胺从颗粒核心释放。

转铁蛋白这一配体的特别之处也在对比试验中得以显现，相比于没有引入转铁蛋白的纳米粒子或直接注射两种药物的实验组，新设计的纳米粒子能更有效地收缩肿瘤部位，相应的小鼠存活时间也是其他处理小鼠的两倍。

又一成功例子证明，纳米粒子递送与 DNA 损伤反应的药物的组合可用于治疗癌症！

后面的故事

“我们的目标是通过在脂质体中使用简单的、已经被批准的合成组分，使得某些东西容易被翻译，”论文的第一作者，Koch 研究所的科学家 Fred Lam 说，“这确实是一个概念验证性的研究，证明了我们可以用靶向纳米颗粒穿过血脑屏障来递送新型药物组合。” 在小鼠身上测试的外壳中的溴结构域抑制剂 JQ-1半衰期太短，可能不适合人类使用，其他溴结构域抑制剂正在紧凑地进行临床试验。

即使对于GBM的治疗效果的改进还有诸多阻碍与困难，这次研究中纳米颗粒药物载体的独特之处还是给患者们带来了希冀，减小对健康组织和细胞的攻击性，更有效更有针对性地破坏肿瘤细胞DNA，都显著地延长了病患治疗后的存活时间，更适合人类使用的外壳药物的临床试验结果，值得被给予持续的关注。

论文信息

【题目】Enhanced efficacy of combined temozolomide and bromodomain inhibitor therapy for gliomas using targeted nanoparticles

【作者】Fred C. Lam, Stephen W. Morton, Jeffrey Wyckoff, Tu-Lan Vu Han, Mun Kyung Hwang, Amanda Maffa, Elena Balkanska-Sinclair, Michael B Yaffe, Scott R Floyd & Paula T Hammond

【期刊】Nature  Communications

【日期】18 May 2018

【DOI】10.1038/s41467-018-04315-4

【摘要】Effective treatment for glioblastoma (GBM) is limited by the presence of the blood–brain barrier (BBB) and rapid resistance to single agent therapies. To address these issues, we developed a transferrin-functionalized nanoparticle (Tf-NP) that can deliver dual combination therapies. Using intravital imaging, we show the ability of Tf-NPs to traverse intact BBB in mice as well as achieve direct tumor binding in two intracranial orthotopic models of GBM. Treatment of tumor-bearing mice with Tf-NPs loaded with temozolomide and the bromodomain inhibitor JQ1 leads to increased DNA damage and apoptosis that correlates with a 1.5- to 2-fold decrease in tumor burden and corresponding increase in survival compared to equivalent free-drug dosing. Immunocompetent mice treated with Tf-NP-loaded drugs also show protection from the effects of systemic drug toxicity, demonstrating the preclinical potential of this nanoscale platform to deliver novel combination therapies to gliomas and other central nervous system tumors.

【链接】https://www.nature.com/articles/s41467-018-04315-4

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