复旦大学杨武利教授课题组：红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子增强肿瘤光热治疗效果
光热治疗是利用光热转换纳米颗粒在近红外激光照射下，在肿瘤部位产生局部高温来杀死肿瘤细胞，具有高度选择性。然而，目前基于纳米颗粒的光热治疗与临床肿瘤治疗仍存在一些差距，这是由于纳米颗粒在尾静脉注射给药后，只有非常少量的纳米颗粒被输送到肿瘤部位，这使得它们难以在体内发挥高疗效，从而限制了其临床应用。如何实现纳米颗粒的免疫系统逃逸和长循环是促进纳米颗粒在肿瘤部位富集和获得理想光热治疗效果的关键。
细胞膜层能够赋予纳米颗粒源细胞本生固有的功能和性质，且不同类型细胞的杂化膜可以涂覆到纳米颗粒表面，赋予纳米颗粒多功能。受此启发，复旦大学高分子科学系杨武利教授课题组在前期工作 (Biomaterials, 2017, 143, 29)的基础上，将红细胞(RBC)膜与乳腺癌细胞(MCF-7)膜融合，制备了红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子(Melanin@RBC-M)，进一步增强肿瘤的光热治疗(如图1所示)。
图1 红细胞-癌细胞膜包衣的黑色素纳米粒子(Melanin@RBC-M)用于增强肿瘤的光热治疗。
研究发现，融合的RBC-M杂化膜囊泡同时保留RBC和MCF-7细胞膜蛋白，且制备的Melanin@RBC-M复合纳米粒子同时具有延长的血液循环时间和癌细胞同源靶向性。在杂化膜(RBC-M)中增加MCF-7膜组分可显著增强Melanin@RBC-M纳米粒子的同源靶向功能；而杂化膜中RBC膜组分的增加可有效减少巨噬细胞摄取Melanin@RBC-M复合纳米粒子，延长其血液循环时间 (如图2所示)。
图2 a) 纯黑色素纳米粒子和红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子的磷钨酸负染后的透射电镜图, 标尺为100 nm. b) 单个乳腺癌细胞和红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子共孵育后的共聚焦成像图, 标尺为20 µm. c) 不同RBC与MCF-7膜蛋白比重的Melanin@RBC-M纳米粒子在乳腺癌细胞中的流式直方图. d) 红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子和纯黑色素纳米粒子的药代动力学曲线. e) 红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子和纯黑色素纳米粒子对MCF-7肿瘤的抑制生长. f) 不同尺寸Melanin@RBC-M 纳米粒子的光声信号图谱. g-h) 不同尺寸Melanin@RBC-M纳米粒子分别在680 nm (g) 和800 nm (h) 激发波长下的光声振幅值随纳米粒子浓度变化的曲线图. i) 红细胞-癌细胞杂化膜包衣的黑色素纳米粒子(i.e. 124 nm)在肿瘤部位的超声及光声成像.
动物实验表明，由于实现了长循环和同源靶向之间的平衡，RBC与MCF-7膜蛋白重量比为1:1的混合膜修饰的Melanin@RBC-M复合纳米粒子，相较于其它膜蛋白重量比的Melanin@RBC-M及纯的黑色素纳米粒子，表现出显著增强的肿瘤部位富集和光热治疗效果：应用808 nm近红外光照10分钟，在较低的光功率密度下(1 W/cm2)即可完全消除肿瘤。此外，体外光声成像结果表明，随着黑色素核粒子尺寸的增加(64 → 148 nm)，Melanin@RBC-M复合纳米粒子具有增强的光声信号，且在680 – 800 nm 范围的激发波长下，光声振幅值随纳米粒子的浓度线性增加，可用于定量测定Melanin@RBC-M在体内的生物分布。这种杂化膜包衣纳米颗粒的方法可增强纳米粒子的功能性和可控性，有望推动纳米技术更好的服务于个体医疗。
相关研究成果已在线发表在Biomaterials上。论文第一作者为复旦大学高分子科学系博士后姜琴，高分子科学系杨武利教授和药学院庞志清副研究员为该文章的共同通讯作者。
详情请见：
Erythrocyte-cancer hybrid membrane-camouflaged melanin nanoparticles forenhancing photothermal therapy efficacy in tumors, Biomaterials 2019, 192: 292-308.
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.11.021
来源：复旦高材生
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