发光纳米葫芦：实现亲疏水性化疗药物的时空协同递送

　　本研究创新性地构建了具有聚集诱导发光（AIE）特性的葫芦形不对称纳米结构（nanocucurbits），通过四苯基乙烯（TPE）接枝多肽共聚物PEG45-b-P(GATPE26-stat-GA29)的自组装实现了亲水性药物阿霉素（DOX）与疏水性药物喜树碱（CPT）的分区装载和时序释放。该载体展现出比球形纳米粒高两倍的细胞摄取效率，并在肝癌细胞（HepG2）中表现出显著协同治疗效果，为多药联合肿瘤治疗提供了新型平台。

　　

引言

化疗在临床肿瘤治疗中占据重要地位，但肿瘤异质性导致单药治疗效果有限。共递送不同作用机制的药物可通过多途径杀伤肿瘤细胞，然而传统递送系统存在药物相互干扰和载体毒性等问题。多肽基纳米材料因其优异的生物相容性和可调控的自组装特性，成为理想药物载体。尤其具有多室结构的纳米胶囊能实现药物分区装载和时序释放，但现有系统仍难以精确控制形态均一性及亲疏水药物的协同递送。本研究通过合理设计发光葫芦形纳米颗粒，为解决上述挑战提供了新方案。

结果与讨论

合成与表征共聚物

通过开环聚合并脱保护合成PEG₄₅-b-PGA₅₅，进而将TPE基团接枝到多肽侧链得到最终产物PEG₄₅-b-P(GATPE₂₆-stat-GA₂₉)。核磁共振氢谱证实聚合度（DP）为55，TPE接枝数为26。

自组装制备发光纳米葫芦

采用溶剂置换法自组装获得葫芦形纳米结构。动态光散射（DLS）显示流体力学直径（D_h）为455纳米，多分散指数（PD）为0.21。光致发光光谱在462纳米处出现强烈发射峰，证实TPE基团聚集诱导发光（AIE）特性。透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）显示纳米颗粒具有不对称结构：上部为致密穹顶状囊泡（kippah vesicle），下部为多室囊泡（MCV）。该结构在稀释和储存条件下均表现出良好稳定性。

揭示纳米葫芦形成机制

通过监测不同水含量（C_w）下的组装过程发现：当C_w=33%时形成球形囊泡；C_{w=50%时挤出大型复合胶束（LCMs）；Cw=66%时囊泡膜塌陷形成穹顶结构；完全去除有机溶剂后最终形成稳定的葫芦形结构。紫外可见光谱显示组装后吸收峰红移至320纳米，进一步证实π-π堆积作用。}

细胞毒性与溶血实验

纳米葫芦在HepG2细胞中表现出优异生物相容性，浓度梯度下细胞存活率均超过90%。溶血实验显示所有浓度下溶血率低于2%，远低于5%的安全阈值，证实其血液相容性。

增强细胞摄取

与231纳米的球形胶束相比，455纳米的纳米葫芦通过流式细胞术检测到82%的细胞摄取率（球形组为44%）。共聚焦显微镜显示纳米葫芦组蓝色荧光强度是球形组的两倍以上。这种增强的内吞作用归因于其各向异性结构带来的高表面积体积比，可能通过吞噬作用和巨胞饮途径实现。

双药装载与释放行为

阿霉素（DOX）装载于亲水空腔，喜树碱（CPT）包封于疏水膜区。DLS显示共载颗粒直径增至512纳米。紫外光谱在485纳米（DOX）和367纳米（CPT）处出现特征吸收峰，载药量分别为15 wt%和26 wt%。释放实验显示DOX在pH 6.0条件下72小时释放93%，而CPT释放仅42%，呈现明显时序释放特性。这种差异释放源于DOX的离子化胺基团在酸性环境中加速扩散，而CPT需依靠载体降解缓慢释放。

协同化疗效果

CCK-8实验表明：在DOX浓度9.20 μM时，单药组抑制率分别为53%（CPT）和61%（DOX），而双药组达80%。Calcein-AM活细胞染色显示双药处理组几乎完全杀死肿瘤细胞。通过Zero interaction potency（ZIP）模型分析，在DOX:CPT=1.25:1时协同评分最高（11.268），证实两药协同作用。

体内分布研究

近红外染料ICG标记的纳米葫芦通过尾静脉注射后，活体成像显示其循环时间显著长于游离ICG。8小时后主要富集于肝脏和肾脏，通过增强渗透滞留（EPR）效应实现组织蓄积，为后续肝癌治疗提供应用基础。

结论

该研究通过精准自组装构建了具有AIE特性的不对称纳米葫芦，实现了亲疏水药物的分区装载和时序控制释放。其独特的几何形态使细胞摄取效率提升两倍，双药协同作用显著增强抗肿瘤效果。这种时空协同递送策略为多药联合肿瘤治疗提供了新思路。

实验方法

共聚物通过Bz-Glu NCA开环聚合并脱保护后与TPE-OH接枝制备。纳米葫芦采用DMF/THF混合溶剂（f_DMF=20%）通过溶剂置换法组装。药物装载通过将药物与聚合物共同溶解后加水组装实现。细胞实验采用HepG2细胞系，通过CCK-8、Calcein-AM和Hoechst 33342染色评估效果。体内实验采用NOG小鼠通过尾静脉注射ICG标记纳米颗粒进行成像研究。数据采用OriginPro进行单因素方差分析（ANOVA），p<0.05为显著差异。