通過(guò)脹破溶酶體而撐死癌細(xì)胞！

納米顆粒表面覆蓋著帶正電和負(fù)電的配體混合物，聚集在癌細(xì)胞溶酶體的超配體中，破壞溶酶體膜的完整性，殺死細(xì)胞，但不涉及任何抗癌藥物。

納米醫(yī)學(xué)在促進(jìn)疾病的診斷和治療方面顯示出巨大的潛力。為此，將治療診斷試劑裝載到納米顆粒上和/或進(jìn)入納米顆粒，以增加其溶解度，同時(shí)延長(zhǎng)血液循環(huán)，以便更有效地將藥物輸送到病變部位。此外，通過(guò)優(yōu)化載體的大小、形狀和表面性質(zhì)，可以提高藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和靶向效率。目前，許多基于納米顆粒的給藥系統(tǒng)已被批準(zhǔn)用于腫瘤治療，還有更多的系統(tǒng)正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)或臨床前評(píng)估。然而，臨床轉(zhuǎn)化的挑戰(zhàn)依然存在，例如，脫靶毒性。盡管進(jìn)行了大量的研究工作，但系統(tǒng)給藥的納米顆粒中只有很小一部分(通常低于1%)能進(jìn)入實(shí)體腫瘤。其余部分?jǐn)y帶有毒藥物到健康的組織和器官，造成脫靶毒性和有害的副作用。

因此，迫切需要探索新的戰(zhàn)略，要么顯示出更好的靶向性，要么根本不含有毒藥物。Borkowska等人在《Nature Nanotechnology》雜志上發(fā)表的文章中提出了一種"無(wú)藥"策略，通過(guò)控制溶酶體中惰性金納米顆粒的聚集狀態(tài)來(lái)殺死癌細(xì)胞。

溶酶體是廢物處理的細(xì)胞器，它接收并消化來(lái)自細(xì)胞內(nèi)外的貨物。未消化物質(zhì)的積累會(huì)導(dǎo)致溶酶體膨脹，從而增加溶酶體膜的通透性，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，溶酶體通過(guò)操縱貨物的聚集狀態(tài)，例如惰性納米顆粒，為癌癥治療提供了一個(gè)靶點(diǎn)。根據(jù)Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek (DLVO)理論，納米粒子的聚集狀態(tài)強(qiáng)烈依賴于長(zhǎng)距離的靜電斥力，這種斥力對(duì)粒子表面的電荷以及介質(zhì)的離子強(qiáng)度和pH值非常敏感。這些參數(shù)都可以用來(lái)控制納米粒子的聚集狀態(tài)。由于腫瘤組織的酸性(pH = 6.5-6.9)比健康組織(pH≈7.4)強(qiáng)，而溶酶體的酸性更強(qiáng)(pH≈4.8) ，因此為合理工程納米顆粒的表面電荷與細(xì)胞相互作用時(shí)操縱他們的聚合行為提供了激活。

為了實(shí)現(xiàn)這一概念，Borkowska等人通過(guò)在5納米的金納米顆粒表面分別用帶正電荷的N、N、N-三甲基(11-巰基癸基)氯化銨(TMA)和帶負(fù)電荷的11-巰基癸酸(MUA)對(duì)其表面進(jìn)行修飾，制備了具有混合表面電荷的納米顆粒(圖1b)。納米顆粒以4：1（TMA：MUA）的比例混合后可以在含有10%的胎牛血清的水溶液中對(duì)pH響應(yīng)發(fā)生聚集，在pH = 4.5 - -5.5的時(shí)候可以聚集到2 μm。值得注意的是，這些納米顆粒與癌細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)表現(xiàn)出類(lèi)似的行為。它們?cè)诩?xì)胞表面迅速聚集成簇，細(xì)胞外pH值約為6.5。形成的團(tuán)簇被內(nèi)吞，然后在酸性更強(qiáng)的溶酶體中凝聚成更大的顆粒。

金納米顆粒的大量聚集減慢了溶酶體的運(yùn)動(dòng)，使它們難以通過(guò)胞吐清除。此外，納米顆粒聚集物增加了溶酶體內(nèi)部的滲透壓，迫使溶酶體膨脹。腫脹增加溶酶體膜的通透性，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡；值得注意的是，這一策略對(duì)13種不同類(lèi)型的癌細(xì)胞有效，包括肉瘤、乳腺癌、前列腺癌和肺癌，以及黑色素瘤。相比之下，由于健康組織的中性細(xì)胞外環(huán)境，健康細(xì)胞不受影響。相反，納米顆粒通過(guò)胞吐作用被清除，不會(huì)對(duì)正常細(xì)胞造成傷害。

Borkowska等人的研究表明，只有TMA與MUA比例為4：1的納米顆粒才能通過(guò)pH引發(fā)的聚集選擇性殺傷癌細(xì)胞。僅覆蓋陽(yáng)離子配體的納米粒子對(duì)癌變細(xì)胞和健康細(xì)胞都有細(xì)胞毒性。這可以解釋為，純粹的陽(yáng)離子納米顆粒可以通過(guò)直接的膜滲透輕易地進(jìn)入這兩種類(lèi)型的細(xì)胞，使質(zhì)膜具有滲透性。帶有越來(lái)越多負(fù)離子配體的納米粒子失去了細(xì)胞毒性，因?yàn)樗鼈儾荒芎芎玫馗街趲ж?fù)電荷的質(zhì)膜上，使得它們很難被內(nèi)化。

這種癌癥治療方法只涉及生物惰性和基本生物相容性金納米顆粒。治療的力量來(lái)自由細(xì)胞周?chē)腿苊阁w的物理化學(xué)微環(huán)境的變化所觸發(fā)的納米顆粒的聚集。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)療法不可避免的不良影響可能被消除。此外，溶酶體細(xì)胞死亡提供了一種不同于大多數(shù)抗癌藥物所利用的殺死癌細(xì)胞的機(jī)制，這可能為對(duì)付耐藥性提供了一種新的可能性。

盡管混合電荷納米粒子在體外選擇性殺傷癌細(xì)胞的性能令人鼓舞，但要實(shí)現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化還有很長(zhǎng)的路要走。首先，需要在體內(nèi)證明其有效性，這將是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)，因?yàn)榧{米顆粒的聚集對(duì)pH值非常敏感，而且在體內(nèi)的生物環(huán)境更加復(fù)雜。此外，在疾病治療后清除體內(nèi)的超制品也是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。一種可能的替代方法是使用生物可降解聚合物代替金納米顆粒。然而，精確地修飾聚合物納米顆粒的表面以達(dá)到特定比例的混合表面電荷將增加一個(gè)新的挑戰(zhàn)。此外，混合電荷納米粒子pH敏感性聚集的機(jī)制仍需充分了解。帶正電的配體、帶負(fù)電的配體和蛋白冠的明確作用都有待闡明和論證。從體外數(shù)據(jù)來(lái)看，通過(guò)利用依賴pH的納米顆粒聚集有選擇地殺死癌細(xì)胞，為推進(jìn)癌癥治療提供了一種有前途的策略，并為潛在的疾病治療打開(kāi)了大門(mén)，而不涉及與有毒藥物相關(guān)的不良后果。