夏幼男最新Angew:纳米硅壳留一孔,光致相变药出来!
2019-07-01 09:57:14   来源:

相转变材料(PCMs)由于可以在温度控制下实现相变,从而控制材料中的负载物的释放,因此在药物递送及相关领域备受关注。其中脂肪酸是一种生物相容性好、生物可降解性能良好、种类多样、来源丰富及价格低廉的PCMs。但是脂肪酸组成的纳米颗粒在水中的溶解性差,容易团聚;而掺入其他两亲性分子则很难控制脂肪酸的提前降解和药物的提前释放。基于此,佐治亚理工学院和埃默里大学的夏幼南教授课题组近日开发了一种基于二氧化硅的纳米囊泡,当药物和脂肪酸与光热试剂一起装载在空腔后,光照可以使温度升高至脂肪酸的相变温度以上,从而使脂肪酸溶解,促进药物从硅壳表面的小孔快速释放。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI: 10.1002/anie.201904549)。

作者设计了一种Au-PS双面纳米颗粒作为模板,其中PS部分疏水,Au部分亲水,因此疏水的乙烯基三甲氧基硅烷在氨水的作用下只能在疏水的PS表面交联,无法在亲水的Au表面交联,从而形成一层不对称的硅壳。依次去掉Au纳米颗粒和PS纳米颗粒之后就获得了表面有一个孔、内部为空腔的硅壳。当Au-PS和Au纳米颗粒分别为176 nm、50 nm或者176 nm、100 nm时,获得的硅壳和相应的孔径分别为192 nm、24 nm或者197 nm、62 nm,厚度为14-16 nm左右(Figure1)。这表明可以通过控制Au纳米颗粒的大小来控制硅壳表面的孔径大小

 

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

 

通过将硅壳与月桂酸/硬脂酸共熔混合物(4/1,w/w,相变温度39 ℃)、抗癌药物阿霉素(DOX)及光热试剂吲哚菁绿(ICG)混合在DMSO中,再真空去掉空腔中的空气,离心获得固体纳米颗粒,一旦接触到水,其中的PCM就会因为不溶于水而固化,将DOX和ICG包在其中。作者通过TEM和紫外吸收光谱证明了DOX和ICG成功包载在硅壳内腔中,1 g材料可以包载84 mg DOX和104mg ICG。在37 ℃下孵育8 h后,低于6%的DOX释放出来,但在42 ℃下孵育8 h后,37%的DOX释放出来(Figure 2)。这表明温度可以通过控制PCM的相变来控制药物释放。此外,硅壳表面的纳米孔越大,释放的速度越快。

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

 

接下来,作者验证了这种纳米颗粒的光响应性能(Figure 3)。作者利用0.4 W/cm2的近红外光照射8 min后,溶液的温度升高至46.8 ℃,反复照射可以实现温度的周期性升降。通过对释放的药物进行检测,作者发现前三次照射分别可以释放6.25%、5.24%和4.01%的DOX。而没有近红外光照射或者没有纳米孔的硅壳释放只会释放低于0.7%的药物。因此可以利用近红外光精准控制纳米硅壳的药物释放。

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

 

最后,作者通过细胞实验验证了这种近红外光促进药物释放的抗癌效果(Figure4)。当纳米硅壳与癌细胞一起孵育并进行近红外光照射后,大量的DOX进入细胞核内,这表明DOX释放出来,且细胞核和细胞质中的DOX的比例随着光照时间的增加而增加。此外,光照也显著增加了纳米硅壳的细胞毒性,使更多的癌细胞死亡。

(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

 

总结,本研究中作者开发了一种基于脂肪酸和不对称纳米硅壳的光控相转变药物控释系统,其中的光热试剂可以在近红外光作用下升温,使脂肪酸发生相变融化,从而促进药物的释放。这种体系容易控制和修饰、稳定性好、生物相容性好、可以负载多种药物,因此具有广阔的潜在应用前景。