J. Control. Release | 基于PEG-聚氨基酸的阿霉素控释胶束

今天为大家介绍的是最近在J. Control. Release上报道的一篇标题为 “PEG-polyaminoacid based micelles for controlled release of doxorubicin: Rational design, safety and efficacy study” 的文章。该文的通讯作者是意大利帕多瓦大学的Stefano Salmaso教授。

纳米递送系统是提高化疗药物疗效的常用策略，它通过促进药物在肿瘤组织内的积累和降低由非特异性生物分布造成的全身性副作用，达到增强药效和安全性的双重目的。脂质体、胶束和纳米颗粒是常用的递送载体。抗肿瘤一线药物阿霉素（Doxo）的脂质体制剂，Doxil®，就是通过纳米递送系统提高化疗药安全性的典型案例之一。然而临床数据表明Doxil®并不能显著提高癌症患者的存活率。因此，仍然需要开发能增强疗效且安全的纳米递送系统。

聚氨基酸（Polyaminoacid, PAA）由于其高生物相容性和生物可降解性，具有作为安全性药物载体的开发潜力。另外，通过聚氨基酸的反应性侧链，可方便地偶联药物分子或引入刺激响应性基团。已有研究报道了聚乙二醇-聚氨基酸（PEG-PAA）的两亲性嵌段共聚物胶束递送系统，可延长负载药物分子的血液循环时间，促进肿瘤积累。

然而，这种两亲性嵌段的组成优化对胶束的稳定性、药物负载和释放控制都十分重要。在本文中，Stefano Salmaso课题组就报道了不同组成的PEG-PAA共聚物胶束的合成，及其结构对药物负载、肿瘤递送效率、抗肿瘤活性和安全性的影响。

首先，作者通过PEG-NH₂引发N-羧基内酸酐（NCA）的开环聚合，得到PEG-PAA的嵌段共聚物（图1）。NCA单体包括苄基保护的谷氨酸NCA（BnOGlu-NCA）和亮氨酸NCA（Leu-NCA）。BnOGlu是为了后续酰肼的官能团化（hydGlu）以偶联Doxo（生成Doxo-hydGlu）。并且这种腙键偶联方式是pH敏感的，有助于促进药物的溶酶体逃逸。Leu组分一方面作为PAA的疏水段，帮助PEG-PAA共聚物在水溶液中形成胶束；另一方面可间隔hydGlu重复单元，降低药物偶联时的空间位阻，提高药物负载效率。

图1. 不同结构组成的PEG-PAA共聚物的合成

为了研究共聚物组成对这些材料的物理化学性质的影响，进而研究药物偶联物的生物及药学性能，作者设计和制备了不同BnOGlu和Leu组成（16:0；8:8；6:10；4:12）的共聚物体系，PEG-b-(BnOGlu_m-r-Leu_n)，并通过¹H-NMR估算平均每个聚合物分子BnOGlu和Leu的含量。¹H-NMR和体积排阻色谱结果证明成功制备了不同BnOGlu和Leu组成的PEG-PAA共聚物。

随后，作者评估了这些共聚物的临界胶束浓度（CMC）和自组装行为。没有Leu作为疏水组分的PEG-b-BnOGlu₁₆，其CMC > 300μM，无法形成胶束。而随着Leu组成的增加，PEG-b-(BnOGlu_m-r-Leu_n)的 CMC降低，形成胶束的稳定性提高。值得一提的是，偶联了Doxo药物的PEG-PAA共聚物比不含Doxo的共聚物的CMC值低约20倍，甚至PEG-b-BnOGlu₁₆在负载Doxo后也可以形成胶束，表明Doxo在共聚物缔合和胶束形成中起着重要的作用。根据DLS和TEM表征的粒径结果，负载Doxo的共聚物胶束的粒径随着Leu组成的增加而降低（由38 nm左右降低至24 nm左右）。除PEG-b-(BnOGlu₄-r-Leu₁₂) 会聚集沉淀外，其他组成的共聚物均可形成合适尺寸的胶束，并可通过EPR效应进行被动性肿瘤蓄积。

图2. 负载Doxo的PEG-PAA胶束的DLS（A）和TEM（B）

进一步作者表征了稳定胶束在pH 5.5和pH 7.4下的释放行为。腙键的酸响应性使得各共聚物在pH 7.4时保持稳定，而在pH 5.5时缓慢释放Doxo（平衡释放效率20–30%）。且Doxo释放速率随共聚物中Leu含量的增加而增加。

为了研究不同组成PEG-PAA共聚物对Doxo抗肿瘤活性的影响，作者表征了负载Doxo的上述共聚物对CT26和4T1的鼠源癌细胞系的细胞毒性。PEG-b-(BnOGlu₆-r-Leu₁₀)的细胞毒性最强。免疫荧光共聚焦显微镜（Confocal）结果显示（图3），PEG-b-(BnOGlu₆-r-Leu₁₀)先进入癌细胞溶酶体（绿色），并在酸性溶酶体环境中触发pH敏感的腙键裂解，从而释放Doxo（红色）。

图3. 免疫荧光共聚焦显微镜显示负载Doxo的PEG-PAA共聚物先进入溶酶体，再从溶酶体中释放Doxo（红色）

最后，作者将PEG-b-(BnOGlu₆-r-Leu₁₀)应用于荷瘤小鼠的肿瘤治疗中，发现他们开发的共聚物胶束相比游离Doxo，可显著延长荷瘤小鼠寿命（图4方块虚线和灰色线）。更重要的是，相比Doxo市售脂质体制剂Caelyx®，PEG-b-(BnOGlu₆-r-Leu₁₀) 对小鼠的毒性更小，使得小鼠可耐受更多频次的给药（图4黑色虚线与棕色虚线）。

图4. PEG-PAA与市售Dox药Caelyx®分别对荷瘤小鼠寿命的影响

总的来说，Stefano Salmaso课题组报道了不同组成的PEG-PAA共聚物胶束（PEG-b-(BnOGlu_m-r-Leu_n)）的合成，及其组成对胶束形成、药物释放、肿瘤递送效率、抗肿瘤活性和安全性的影响。作者发现，Leu含量的提高有助于胶束的形成，以及细胞毒性的增强。其中PEG-b-(BnOGlu₆-r-Leu₁₀) 相比游离Doxo有着显著延长荷瘤小鼠寿命的功能，并且相比市售Caelyx®有着更高的生物安全性。

作者：SJL    审校：ZZC

DOI: 10.1016/j.jconrel.2021.05.010

Link: https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2021.05.010