Bioconjugate Chem.∣吉西他滨脂质前药：脂质对自组装体的关键作用
大家好，今天给大家分享一篇最近发表在Bioconjugate Chem.上的研究进展，题为：Gemcitabine Lipid Prodrugs: The Key Role of the Lipid Moiety on the Self-Assembly into Nanoparticles.文章的通讯作者是巴黎萨克莱大学（Université Paris-Saclay）的Simona Mura教授。
前药（Prodrug）是指药物经过化学结构修饰后得到的在体外无活性或活性下降，在体内经酶或非酶的转化释放出活性药物而发挥药效的化合物。在众多不同类型的前药中，基于脂质的前药尤为重要。这类前药通常是药物与脂肪酸（fatty acids），胆固醇衍生物（cholesterol）和磷脂（phospholipids）等相连接。这些脂质具有良好的生物相容性，还可促进穿越生物屏障（如血脑屏障或胃肠道），从而有效递送药物至靶细胞或组织。
与常规使用成分复杂的纳米载体封装药物的思路不同，在本文的工作中，作者直接将脂质分子与药物偶联，并探究其进一步自发组装成纳米颗粒的规律。此方法避免使用其他聚合物材料和赋形剂（表面活性剂，糖等），很大程度简化了药物成分，有利于推动临床研究和转化。
在本研究中，作者将吉西他滨（gemcitabine，Gem）和以下的脂质分子共价偶联：（i）胆固醇，（ii）α-生育酚（α-tocopherol），一种脂溶性维生素，（iii）脂肪酸和（iv）甘油二酯。作者评估了合成的前药在最低浓度为1 mg/mL的纯水中自组装成纳米粒子的能力。作者指出前药的亲水-亲脂平衡（hydrophilic−lipophilic balance, HLB）是一个重要参数，用于有效预测某些前药是否能组装为纳米粒子。
作者首先合成了一系列脂质-吉西他滨偶联物。作者以角鲨烯（squalene, SQ, C30H50）为参考，围绕C12-C13键对称分布的六个双键，衍生出一系列不同结构的脂质来合成吉西他滨前药库（图1）。
图1. 用于合成吉西他滨前药的脂质的结构
图2. 合成脂质-吉西他滨前药的化学修饰法
如图2所示，作者通过将脂质共价偶联到药物胞嘧啶核的4'-氨基上来合成不同的衍生物。对于含有醇羟基的脂质，作者首先用戊二酸酐酯化，以提供相应的羧基官能团，然后用氯甲酸乙酯将其活化，或使用pyBOP作为活化剂直接偶联（图2B）。最终，这些含酰胺的前药在体内被溶酶体组织蛋白酶水解切割后，释放出吉西他滨。
随后，作者研究各类脂质-吉西他滨偶联物溶液在水里自装成纳米粒子的行为。作者指出SQGem前体药物（图3，#01），当浓度至少为1 mg/mL时，无需添加任何表面活性剂，即在纯水中自发自组装成纳米粒子。作者继续探究其他合成的前药是否具有类似的性质。在确定每种前药的最佳有机溶剂（即乙醇（EtOH），丙酮（Ac）或四氢呋喃（THF））后，在搅拌下将相应的溶液滴加到水中。实验结果表明，在研究的10种偶联物中，有四种偶联物以所需浓度自发组装成稳定的纳米颗粒。而其他脂质前药（包括LAGem）在添加步骤后立即沉淀或在去除溶剂期间/或之后迅速聚集在水相中（aggregation）（图3）。
图3. 脂质-吉西他滨偶联物的溶液配制条件和对应纳米颗粒的表征
低温透射电镜（cryo-TEM）成像显示，RSQGem偶联物组装成线性纤维的分散体（图4b），而CholgluGem和VitEgluGem形成细长的捻丝（图4d,e），SQGem和SolgluGem通过与类异戊二烯链的偶联可形成球形纳米粒子（图4a,c）。
图4. （a）SQGem，（b）RSQGem，（c）SolgluGem，（d）CholgluGem和（e）VitEgluGem纳米粒子的冷冻TEM图像
接着，作者指出组装行为与前药的亲水-亲脂平衡（hydrophilic−lipophilic balance, HLB）有紧密联系。根据格里芬方法（Griffin method）计算的HLB值的范围从SolgluGem的6.00到LAGem的9.10（图3）。该趋势表明，对于高于8.34的值，脂质-吉西他滨偶联物无法自发地自组装成纳米颗粒。对于这一阈值，作者通过将分析扩大到文献中已经描述的Gem和其他核苷前药，进一步证实了这一假设。
最后作者发现，脂质的结构不仅影响溶液组装行为，而且影响所得纳米粒子的体外抗癌功效。SQGem NPs（IC50为1.3 μM）与游离Gem（IC50为2.7 μM）相比显示出更高的细胞毒性。相反，其他NP制剂即使在微摩尔范围内也仅表现出轻度的细胞毒性（图5）。
图5. 各类脂质-吉西他滨前药对MDA-MB-231的毒性
总结来说，作者在本研究中建立了脂质-吉西他滨前药的库，探索在不添加任何表面活性剂的情况下，脂质的性质如何影响在纯水中的纳米粒子自组装能力。
作者：WH 审校：HYL
DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.1c00051
Link: https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.1c00051