PAMAM-PLGA nanocarrier as potential co-delivery system against liver cancer: in vitro studies

癌症仍然是人类健康面临的最持久挑战之一，这种疾病的特征是细胞在没有停止的情况下生长和分裂。虽然医生长期以来一直依靠手术、放射治疗和化学药物来对抗它，但这些治疗方法往往难以应对一个棘手的问题：它们对健康组织的伤害可能与对肿瘤的伤害一样大。特别是化疗药物，它们就像钝器；它们在全身循环，攻击所有快速分裂的细胞，这导致了严重的副作用，并且往往无法向肿瘤本身输送足够高剂量的药物。为了解决这个问题，科学家们转向了纳米技术领域，该领域构建微型机器，将药物直接运送到需要的地方。一种极具前景的方法是使用被称为树状树枝结构的微小结构——树枝状大分子（dendrimers），它们可以将药物储存在其分支中，并用生物可降解塑料进行涂层，以保护载荷并帮助其穿透身体的防御机制。其目标是创建一个仅在到达肿瘤特定的酸性环境时才释放药物的递送系统，从而保护身体的其他部分。

在最近的一项研究中，研究人员致力于构建这样一个专门针对肝癌（一种在全球导致数十万人死亡的疾病）的系统。他们专注于 HepG2 细胞系，这是一种常见的真人肝癌模型，并设计了一种新型纳米载体，通过结合两种材料：第四代聚酰胺胺树枝状大分子和一种被称为 PLGA 的生物可降解聚合物。树枝状大分子充当具有许多分支的支架以承载药物，而 PLGA 涂层则作为一个保护壳，能够降低毒性并帮助颗粒在血液中移动。团队将两种抗癌药物装入了这个载体：一种是阻止肿瘤生长信号的索拉非尼（sorafenib），另一种是具有抗氧化特性的天然化合物姜黄素（curcumin），后者可以帮助杀死癌细胞。通过在实验室环境中测试这种组合，研究人员旨在观察将这两种药物一起装入这个微小包装中，是否会比单独给药更有效且更安全。

第一步是确认纳米载体是否构建正确。利用各种分析工具，团队检查了他们创造物的化学键和物理形状。他们发现这两种材料已成功结合在一起，且药物被牢固地保存在结构内。生成的颗粒呈大致球形，直径约为 231 纳米，这个尺寸既足以在血管中穿行，又不会过快地被肾脏过滤掉。当研究人员在强大的电子显微镜下观察这些颗粒时，它们呈现出 100 到 250 纳米之间的球状形态，证实了混合物的均匀性和稳定性。他们还测量了载体的载药量，发现其按重量计算成功装载了约 5.7% 的索拉非尼和 4.4% 的姜黄素，对于这种尺寸的递送系统而言，这是一个很有前景的量。

这种新系统的关键特征在于它如何释放药物。在人体内，正常的血液处于中性 pH 水平，而肿瘤内部的环境由于癌细胞的快速生长和代谢而更具酸性。研究人员在模拟这些不同条件的溶液中测试了他们的纳米载体。在中性环境（类似于健康血液）中，药物释放非常缓慢，在前两个小时内仅释放了极小部分。然而，当环境变为酸性（模拟肿瘤内部）时，释放速率随时间显著增加。虽然在酸性条件下，前两个小时内也仅释放了约 7.8% 的索拉非尼和 5.7% 的姜黄素，但随着时间的推移，释放速度加快了，在 pH 值为 5.0 的环境下，在观察到的摘要趋势中的两个小时窗口内，释放率达到了 50% 以上的索拉非尼和近 59% 的姜黄素；或者更准确地说，研究指出在 pH 5.0 时，索拉非尼的释放率达到 51.6%，姜黄素达到 58.9%，展示了清晰的 pH 敏感反应，即载体一旦到达癌细胞的酸性微环境就会开启以释放药物。

纳米载体的真正考验在于研究人员将肝癌细胞暴露于其下。他们比较了空载体、仅含一种药物的载体、同时含有两种药物的载体以及单独给药的效果。结果显示出一个清晰的模式：空载体是安全的，不会对细胞造成伤害。单药载体是有效的，但持有两种药物的载体威力最大。在用双药载体处理癌细胞 24 小时后，存活细胞的数量下降到约 21%。当治疗持续 48 和 72 小时后，癌细胞的存活率进一步下降，分别为 9.4% 和 4.3%。相比之下，当这些细胞接受没有纳米载体的纯药物处理时，许多更多的细胞存活了下来，这表明递送系统使药物在杀死癌细胞方面变得更加有效。重要的是，当研究人员在正常人类细胞上测试相同的纳米载体时，这些细胞基本保持健康，存活率保持在 78% 以上，这表明这种方法可以保护健康组织免受化疗通常造成的损伤。

为了理解纳米载体是如何杀死癌细胞的，团队观察了细胞内的遗传活动。他们测量了控制细胞死亡（即凋亡）的特定基因水平。研究发现，双药纳米载体导致了触发细胞死亡的基因（如 Caspase9、P53 和 Bax）的活性剧增。这些基因的活性与未处理的细胞相比增加了近七倍。与此同时，纳米载体显著降低了作为防止细胞死亡之“盾牌”的 Bcl2 基因的活性。这种遗传活动的转变证实了纳米载体不仅是在阻止癌细胞生长，而且是在积极促使它们自我毁灭。两种药物共同递送的效果似乎比单独使用任何一种药物都更好，能为癌细胞制造更强的死亡信号，同时对正常细胞几乎不产生影响。

这项研究表明，由 PAMAM 和 PLGA 聚合物制成的纳米载体可以在实验室环境下成功将两种不同的抗癌药物运送到肝癌细胞。该系统被证明能够保护药物，专门在酸性条件下释放，并在诱导癌细胞产生强烈的死亡反应的同时，对正常细胞保持安全。研究表明，这种共递送方法可以作为改善肝癌治疗的一种有价值策略，提供了一种在提高现有药物有效性的同时减少其副作用的方法。虽然这些发现局限于实验室实验，尚未在生物体内进行测试，但它们为未来开发靶向疗法奠定了坚实的基础，这种疗法有朝一日可能为面临肝癌的患者提供更精准、毒性更低的选项。