壳聚糖功能化Pb2Mn2Fe12O22磁性纳米颗粒负载阿霉素的体内抗肿瘤活性及机制研究

《Scientific Reports》：In vivo antitumor activity of doxorubicin loaded on chitosan functionalized Pb2Mn2Fe12O22 magnetic nanoparticles

　　本研究针对阿霉素（DOX）在肿瘤治疗中存在的非特异性毒性问题，开发了壳聚糖包被的Pb2Mn2Fe12O22磁性纳米颗粒（CT-MNPs）作为药物递送系统。研究通过体外表征证实了DOX-CT-MNPs的良好载药性能（83.1%）和pH敏感性释放特性（pH 4.8下72小时释放92.54%）。在艾氏实体瘤（EST）小鼠模型中，DOX-CT-MNPs相比游离DOX表现出更强的肿瘤抑制效果，其机制涉及增强氧化应激（MDA升高）、破坏抗氧化系统（GSH、SOD、CAT降低）、诱导细胞凋亡（caspase-3表达增加）和G0/G1期细胞周期阻滞。该研究为基于磁性纳米颗粒的靶向药物递送系统开发提供了实验依据。

　　

癌症作为全球主要的公共卫生威胁，其治疗始终面临巨大挑战。尽管阿霉素（Doxorubicin, DOX）作为一线化疗药物在临床上广泛应用，但其严重的心脏毒性和对其他正常组织的损伤限制了疗效。传统的化疗药物缺乏肿瘤靶向性，在杀死癌细胞的同时也会对健康细胞造成损害，这一问题促使研究人员不断探索新的药物递送策略。

纳米技术的出现为癌症治疗带来了新的希望。特别是磁性纳米颗粒（Magnetic Nanoparticles, MNPs），因其独特的物理化学性质和在外部磁场引导下的靶向能力，已成为药物递送系统的研究热点。然而，裸MNPs在生物环境中易聚集、稳定性差，且容易被免疫系统快速清除。为了解决这些问题，研究人员常常通过表面修饰来改善其性能。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，埃及坦塔大学的研究团队开发了一种新型的药物递送系统——壳聚糖（Chitosan, CT）功能化的Pb₂Mn₂Fe₁₂O₂₂磁性纳米颗粒，用于负载阿霉素，并系统评估了其在艾氏实体瘤（Ehrlich Solid Tumor, EST）模型中的抗肿瘤效果和作用机制。

关键技术方法

研究采用化学共沉淀法制备Y型六角晶系Pb₂Mn_{2Fe12O22磁性纳米颗粒，通过壳聚糖包被改善稳定性，并负载阿霉素形成DOX-CT-MNPs复合物。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和振动样品磁强计（VSM）对纳米材料进行表征。采用透析袋法评估药物释放特性。研究使用40只雌性瑞士小白鼠建立EST模型，随机分为4组（EST对照组、EST+游离DOX组、EST+CT-MNPs组、EST+DOX-CT-MNPs组），通过肿瘤重量测量、氧化应激指标检测、流式细胞术分析细胞周期和凋亡、qPCR检测基因表达以及组织病理学检查等方法综合评价治疗效果。}

研究结果

纳米颗粒表征

研究成功制备了具有六角形貌的Pb₂Mn₂Fe₁₂O₂₂磁性纳米颗粒，壳聚糖包被和药物负载后颗粒尺寸从37纳米增加至74纳米。FTIR分析证实了壳聚糖的成功包被和阿霉素的有效负载。磁性测量显示制备的纳米颗粒具有硬磁性材料特性，饱和磁化强度为41.854 emu/g。

药物负载与释放

阿霉素在CT-MNPs中的负载效率达到83.1%。体外释放研究表明，DOX-CT-MNPs具有pH敏感性释放特性，在模拟肿瘤微环境的酸性条件（pH 4.8）下，72小时内药物释放率达到92.54%，而在生理pH条件（7.4）下仅释放36.27%，表明其对肿瘤组织具有潜在靶向性。

肿瘤重量变化

体内实验显示，与EST对照组相比，DOX-CT-MNPs治疗组表现出最显著的肿瘤重量和体积减少，效果优于游离DOX和空白CT-MNPs组，证明了纳米药物递送系统的优越抗肿瘤效果。

氧化应激和抗氧化指标

DOX-CT-MNPs治疗显著提高了肿瘤组织中的脂质过氧化产物MDA水平，同时降低了谷胱甘肽（GSH）含量和超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性，表明其通过增强氧化应激发挥抗肿瘤作用。

细胞周期分析

流式细胞术分析显示，DOX-CT-MNPs处理导致EST细胞周期阻滞在G0/G1期（67.5%），并增加subG1期细胞比例（16.4%），表明其通过干扰细胞周期进程抑制肿瘤生长。

细胞凋亡诱导

Annexin V/PI双染色结果显示，DOX-CT-MNPs治疗组的细胞凋亡率高达75.75%，显著高于游离DOX组（44.5%），证明纳米制剂能更有效诱导肿瘤细胞凋亡。

基因表达调控

qPCR分析显示，DOX-CT-MNPs显著上调PTEN（磷酸酶和张力蛋白同源物）和GSK-3β（糖原合成酶激酶-3β）肿瘤抑制基因的表达，同时下调MAPK1（丝裂原活化蛋白激酶1）的表达，表明其通过调控关键信号通路抑制肿瘤生长。

组织病理学和免疫组化分析

H&E染色显示DOX-CT-MNPs治疗组肿瘤组织坏死区域显著增加（60%）。免疫组化检测发现caspase-3表达增强和PCNA（增殖细胞核抗原）表达降低，进一步证实了纳米制剂促进凋亡和抑制增殖的双重作用。

研究结论与意义

本研究成功开发了一种基于壳聚糖功能化Pb₂Mn₂Fe₁₂O₂₂磁性纳米颗粒的药物递送系统，证实了DOX-CT-MNPs在EST模型中的优越抗肿瘤活性。其作用机制涉及多途径协同：通过pH敏感性释放实现靶向给药；增强氧化应激破坏肿瘤细胞 redox 平衡；诱导G0/G1期细胞周期阻滞；激活caspase-3依赖性凋亡通路；调控PTEN/GSK-3β/MAPK信号轴抑制肿瘤增殖。

该研究的创新之处在于将传统的化疗药物与先进的纳米技术相结合，不仅提高了药物治疗效果，还通过靶向递送减少了潜在毒副作用。壳聚糖作为天然生物聚合物，具有良好的生物相容性和可降解性，为纳米药物的临床转化提供了优势。研究系统阐明了DOX-CT-MNPs的多重抗肿瘤机制，为基于磁性纳米颗粒的肿瘤治疗策略提供了坚实的实验依据。

尽管本研究取得了重要进展，但作者也指出需要进一步的临床前研究来评估这种新型纳米制剂的安全性和药代动力学特性。未来研究可探索该递送系统与其他治疗方式的联合应用，以及在不同肿瘤模型中的效果，推动其向临床应用转化。

这项研究为解决化疗药物靶向性差和毒副作用大等问题提供了新思路，展示了纳米材料在肿瘤治疗中的巨大潜力，为开发更有效、更安全的癌症治疗方案奠定了重要基础。