Aptamerio konjuguotos nanomedžiagos, skirtos specifiniam vėžio ląstelių atpažinimui ir tikslinei vėžio terapijai | NPP Azijos medžiagos

Aptamerio konjuguotos nanomedžiagos, skirtos specifiniam vėžio ląstelių atpažinimui ir tikslinei vėžio terapijai | NPP Azijos medžiagos

Anonim

Dalykai

  • Nanoskalės medžiagos
  • Nanotechnologijos sergant vėžiu

Anotacija

Atsižvelgiant į jų unikalius pranašumus, buvo parodytas vis didesnis susidomėjimas aptamerų, kaip taikinių ligandų, naudojimu specifiniam vėžio ląstelių atpažinimui ir tiksline vėžio terapija. Neseniai su aptameriais konjuguotų nanomedžiagų kūrimas pasiūlė naujas terapines vėžio gydymo galimybes, pasižyminčias geresniu veiksmingumu ir mažesniu toksiškumu. Mes pabrėžiame keletą perspektyvių aptamerio konjuguotų nanomedžiagų klasių, skirtų specifiniam vėžio ląstelių atpažinimui ir tikslinei vėžio terapijai. Pristatomi naujausi naujų strategijų, leidžiančių jautriai ir selektyviai atpažinti vėžio ląsteles, panaudojimo pokyčiai. Be tikslinio vaistų tiekimo chemoterapijai, mes taip pat apžvelgiame, kaip aptamerio konjuguotos nanomedžiagos yra įtraukiamos į naujas technologijas, žymiai pagerindamos vėžio gydymo efektyvumą ir selektyvumą.

Įvadas

Nepaisant to, kad pasiekėme daugiau žinių apie molekulinę biologiją, chemoterapiją, radioterapiją ir įprastas chirurgines procedūras, vėžys išlieka viena iš pagrindinių mirties priežasčių pasaulyje. 1 Dabartinei vėžio terapijai, įskaitant chemoterapiją ir radioterapiją, dažnai trūksta naviko ląstelių specifiškumo, todėl vėžiu sergantiems pacientams, kuriems atliekamas šis gydymas, pasireiškia stiprus toksinis poveikis. Pagrindinis vėžio terapijos tikslas ir toliau yra gydymo būdų, kurie veiksmingai naikina naviko ląsteles nepažeisdami normalių ląstelių, sukūrimas. Taigi efektyvioms vėžio gydymo priemonėms labai reikalingos naujos tikslinės vėžio terapijos strategijos.

Sparčiai vystantis nanotechnologijoms, įvairios nanostruktūrinės medžiagos buvo sėkmingai sintetinamos biomedicinos reikmėms. 3 Įvairios jų savybės ir daugiafunkcinės teranostinės galimybės rodo daug žadančią vėžio terapijos galimybę. 4 Šios nanomedžiagos gali nespecifiškai kauptis vėžio audinyje padidėjusio pralaidumo ir sulaikymo (EPR) efektui, tai yra pasyviam taikymui, nors ir ribotomis dozėmis ir selektyvumu. 5 Tačiau pastaruoju metu aktyvus, į ląsteles orientuotas nanomedžiagų taikymas pradėjo reikšti galingą vėžio gydymo technologiją. Aktyvus taikymas pasiekiamas konjuguojant nanomedžiagas su taikomosiomis ligandomis, kurios jungiasi prie per daug ekspresuotų antigenų ar receptorių ant taikinių ląstelių. Dėl šio specifinio prisijungimo prie tikslinių ląstelių padidėja nanomedžiagų kaupimasis tikslinėse ląstelėse, kartu sumažinant žalingą toksiškumą netikslinėms ląstelėms.

Per pastaruosius kelerius metus aptameriai tapo nauja tikslinių ligandų, skirtų diagnozuoti ir gydyti vėžį, klase. 6, 7, 8. Aptameriai yra trumpi, sintetiniai viengrandžiai oligonukleotidai, kurie specifiškai jungiasi su įvairiais molekuliniais taikiniais, įskaitant mažas molekules, baltymus, nukleorūgštis ir net ląsteles ir audinius, pasižyminčius dideliu afinitetu ir specifiškumu. 9, 10. Aptameriai yra gauti iš iteracinio proceso, vadinamo sistemine ligandų evoliucija eksponentinio praturtėjimo dėka. Jie reprezentuoja unikalią molekulių klasę, kuri yra didesnė nei mažų molekulių vaistai, bet mažesnė už antikūnus. Palyginti su tradiciniais ligandų, įskaitant antikūnus, peptidus ir mažas molekules, aptamers , palyginti su tradiciniais ligandais, pasižymi tokiais pranašumais kaip maža kaina, mažas imunogeniškumas ir toksiškumas, mažas dydis, kad būtų galima įsiskverbti į kietą naviką, ir didelis afinitetas jungtis su taikiniu - visa tai daro aptamers yra geriausi kandidatai tikslinei vėžio terapijai. 13, 14

Derindami būdingus nanomedžiagų bruožus su specifiniu aptamerių atpažinimo gebėjimu, aptameriais konjuguotos nanomedžiagos gali pateikti efektyvesnį ir mažiau kenksmingą požiūrį, kad būtų patenkinti didėjantys naujų strategijų kovos su vėžiu poreikiai. 15, 16, 17, 18 Čia daugiausia dėmesio skiriama aptameriais konjuguotoms nanomedžiagoms, kad būtų galima atpažinti vėžines ląsteles, ir kuriant naujas aptamerio-nanomedžiagos pagrįstas strategijas tikslinei vėžio terapijai. Šioje apžvalgoje pirmiausia aptariama naujausia pažanga naudojant aptameriu rišamas DNR / lipidų nanostruktūrizuotas medžiagas ir aptamerio konjuguotas nanodaleles specifiniam vėžio ląstelių atpažinimui. Taip pat apžvelgiamos naujos strategijos, tokios kaip fotodinaminė terapija (PDT) ir fototerminė terapija (PTT), naudojant aptameriais konjuguotas nanomedžiagas. Ši į aptamerį nukreipta strategija rodo aukštą vėžio gydymo efektyvumą ir mažą šalutinį poveikį, todėl aptamere konjuguotos nanomedžiagos yra perspektyvios kandidatės būsimam vėžio gydymui.

Aptameriais konjuguotos nanomedžiagos, skirtos specifiniam ląstelių atpažinimui

Norint veiksmingai gydyti vėžį, svarbu atskirti vėžines ląsteles nuo normalių ląstelių. Metodai, kurie leidžia jautriai ir selektyviai nustatyti vėžio ląsteles, tiksliai nustatant molekulinį atpažinimą, yra labai reikalingi tiksliniam vėžio terapijos tobulinimui ir galimo naujų terapinių būdų veiksmingumui. Įkvėptos aptamerio technologijos ir nanotechnologijų, aptariamos kelios strategijos, sukurtos specifiniam ląstelių atpažinimui.

Remiantis aptamerio pririštais DNR nanodaismenimis (aptND), buvo pasiektas specifinis aptND atpažinimas ir in situ surinkimas ant gyvų ląstelių paviršiaus. Norint sukonstruoti aptND, modeliu buvo pasirinktas aptameris sgc8, kuris gali prisijungti prie žmogaus baltymo tirozinkinazės 7. Baltymo tirozinkinazė 7 yra pernelyg ekspresuojama ant CCRF-CEM ląstelių membranos (žmogaus T ląstelių ūminė limfocitinė leukemija), bet ne ant netikslinių Ramos ląstelių. Kaip parodyta 1 paveiksle, aptND konstravimui per hibridizacijos grandinės reakcijos pagrįstą savimonę buvo naudojami du iš dalies vienas kitą papildantys plaukų segtuko monomerai M1 ir M2 bei aptamerio zondas (1a paveikslas) arba kaskadiniu būdu pakeitus dviejų iš dalies komplementarių monomerų hibridizaciją, inicijuotą aptamerio sėklų zondais (1b paveikslas (i)). „AptND“ gali efektyviai pritvirtinti arba in situ save surinkti ant tikslinių ląstelių paviršių. Tiek kovalentinis daugelio fluoroforų kopijų cheminis žymėjimas, tiek nekovalentiškas fizinis ryšys su daugybe fluorogeninių dvigubų DNR tarpusavyje sujungiančių fluoroforų kiekviename nanodalelyje suteikė sustiprintus fluorescencijos signalus efektyviam vėžio nustatymui. 19

Image

Fluorescencinių DNR nanodalelių sukonstravimas ant tikslinių gyvų ląstelių paviršių, remiantis aptamerio rišamų DNR nanodalelių platforma, kur: a ) trijų tipų fluorescenciniai DNR nanodaleliai, suformuojami hibridizacijos grandinine reakcija (HCR) pagrįstu savimonės būdu, inicijuojant aptamerio rišamomis grandinėmis. trigeriniai zondai, yra pritvirtinti prie tikslinių ląstelių paviršių, arba b ) aptamerio sėklų zondai inicijuoja fluorescencinių DNR nanodalelių in situ surinkimą ant tikslinių ląstelių paviršių, naudodamiesi (i) kaskadine alternatyvia dviejų iš dalies komplementarių monomerų hibridizacija arba (ii) HCR ( pritaikytas iš Zhu et al. 19 ).

Visas dydis

Didelis aptamerių specifiškumas tikslinėms ląstelėms taip pat paskatino selektyvumą pagerinant vėžio ląstelių elektrocheminį ir elektrochemiliuminescencinį aptikimą. 20, 21, 22, naudojant fluorescencinius ir elektrocheminius metodus, buvo sukurta signalo amplifikavimo supersandwich strategija, skirta labai selektyviam ir jautriam vėžio ląstelių aptikimui, naudojant aptamerio-DNR konkatamero kvantinius taškus. Siūlomas supersandwich citosensorius buvo labai jautrus, jo aptikimo riba buvo 50 ląstelių mililitre. Be to, siekiant pagerinti vėžio ląstelių elektrochemiliuminescencijos analizės jautrumą, toliau buvo taikoma nauja ciklo amplifikavimo technika, naudojant DNR prietaisą ant magnetinių granulių. 24 Visų pirma, siekiant jautriai ir selektyviai nustatyti vėžines ląsteles, taip pat buvo sukurta strategija, kurioje naudojama amplifikacija aptamerio ir RNR polimerazės pagrindu. 25

Kadangi daugumoje biologinių mėginių praktiškai nėra magnetinio fono, magnetinių nanodalelių (MNP) naudojimas gali būti ultragarsinis aptikimas. Remiantis magnetinio atsipalaidavimo jungiklio technika ir savaime sustiprinančiu artumo tyrimu, naudojant aplinkinių vandens protonų nugaros ir nugaros relaksacijos laiko (Δ T 2 ) pokyčius, Bamrungsap et al. suprojektuotos aptamerio konjuguotos magnetinės nanodalelės (ACMNP) vėžio ląstelių aptikimui. ACMNPs padidina sgc8 aptamerio sugebėjimą specifiškai surišti tikslines vėžio ląsteles, taip pat didelius MNP paviršiaus plotus, kad būtų galima pritaikyti daugybę aptametrą rišančių įvykių. ACMNP gali aptikti tik 10 vėžio ląstelių 250 μl mėginio. Jų specifiškumas ir jautrumas taip pat buvo įrodytas aptikus ląstelių mišiniuose ir sudėtingose ​​biologinėse terpėse, įskaitant galvijo vaisiaus serumą, žmogaus plazmą ir visą kraują. Be to, naudojant daugybę ACMNP, įvairių ląstelių tipai buvo diferencijuojami atpažįstant modelį, taip sukuriant ląstelės molekulinį profilį, kuris leis gydytojams tiksliai nustatyti vėžio ląsteles molekuliniame ir vienaląsčiuose lygiuose. 26

Kito tyrimo metu modifikuotas ląstelių paviršius, siekiant atpažinti ląstelę, buvo naudojamas DNR aptamerio-polietilenglikolio (PEG) -lipidinis kompozitas. Tyrimui buvo naudojamas „Aptamer TD05“, kuris selektyviai jungiasi su IgG receptoriais Ramos ląstelių paviršiuje, B ląstelių limfomos ląstelių linija ir sgc8 aptameris. Leukemijos ląstelių linijos buvo naudojamos siekiant parodyti, kad ant ląstelių paviršiaus pritvirtinti aptamerai gali veikti kaip taikiniai ligandai, specialiai atpažįstantys jų tikslines ląsteles. Be to, šio zondo galimybės buvo tiriamos įvaikinimo ląstelių terapijoje. Zondu modifikuotos imunoefektorinės ląstelės parodė padidintą afinitetą, likdamos citotoksinės tikslinėms vėžio ląstelėms. Gyvų ląstelių paviršiaus modifikavimas aptamerio-PEG-lipidu suteikia veiksmingą metodą ląstelių atpažinimui ir rodo didelę ląstelių terapijos galimybę. 27

Dvigubi aptamerio konjuguoti auksiniai mangano oksido () hibridiniai nanofloweriai taip pat buvo naudojami kaip daugiafunkcinė platforma, skirta specialiai nukreipti CCRF-CEM ląsteles ir paimti ATP molekules iš ląstelių lizato. Be to, šie sgc8 aptamerio ir ATP aptameriu modifikuoti nanofliveriai buvo naudojami kaip efektyvus jonizacijos substratas desorbcijai / jonizacijai lazeriu atlikti, todėl labai selektyviai aptinkami ir analizuojami metabolitai iš vėžio ląstelių. Vienos platformos nanofluoriniai konjugatai, kuriuose yra MnO ir Au komponentų, suteikia idealų „viskas viename“ sistemą selektyviam prisijungimui prie tikslinės molekulės ir lazerio desorbcijos jonizacijos-masės spektrometrijai kaip jonizacijos substratą. 28 Šie privalumai ir paprastas aptamerio-konjuguotų nanomedžiagų paruošimas daro tokias strategijas labai perspektyvias veiksmingai diagnozei ir tikslinei vėžio terapijai.

Aptameriais konjuguotos nanomedžiagos, skirtos tikslinei chemoterapijai

Aptameriai, nukreipti į ligandus, gali atskirti sergančias ir sveikas ląsteles, taip sudarydami galimybę selektyviai pristatyti terapinius vaistus į tikslines ląsteles, kad būtų galima veiksmingai naudoti chemoterapiją. Aptamerius galima lengvai konjuguoti su biologiškai suderinamomis organinėmis ar neorganinėmis nanomedžiagomis, tokiu būdu pasiūlant pakankamą skaičių platformų, skirtų konjuguoti kelis ligandus ir vaisto molekules. Vaistams nuo vėžio pristatyti naudojamos „Aptamer“ valdomos vaistų tiekimo sistemos, tokios kaip liposomos ir micelės, polimerinės nanodalelės ir neorganinės nanodalelės. Toliau aptariamos kelios reprezentatyvios aptamerio konjuguotos nanomedžiagos.

Aptameriais konjuguotos organinės nanomedžiagos

Biologiškai suderinamos ir biologiškai skaidžios nanomedžiagos yra dažniausiai tiriamos medžiagos tiksliniam vaistų tiekimui. Šios medžiagos gali būti suformuluotos taip, kad būtų galima kapsuliuoti įvairius vaistus, ir gali būti modifikuotos aptameriais, siekiant padidinti specifiškumą, leidžiančią kauptis vaisto vėžio ląstelėms atitinkamai sumažinant sisteminį toksiškumą.

Liposomos yra kliniškai labiausiai žinomos vaistų teikimo nanosistemos. Kang et al. Patvirtino pagerėjusį aptameru pagrįstų liposomų pateikimo sistemų specifiškumą ir efektyvumą . , 29, kuris modifikavo liposomas sgc8 aptameriu ir pristatė narkotikų krovinių į tikslines ląsteles. Po 30 min. Inkubacijos laiko srauto citometrijos rezultatai atskleidė, kad sgc8 aptamerio-liposomos konjugatas galėjo specifiškai jungtis prie tikslinės leukemijos CCRF-CEM ląstelių, neprisirišdamas prie kitų netikslinių leukemijos vėžio ląstelių (NB4 ląstelių). Kito tyrimo metu buvo sukonstruotos lipozomos, papuoštos tiotuotu oligonukleotido aptameriu (tioaptameru) prieš E-selekiną (EST-Apt). Į veną suleidus EST-Apt-liposomų kompleksus, jie kaupėsi krūties naviko ksenografų kraujagyslių kraujagyslėse, nesutrumpindami cirkuliacijos pusinės eliminacijos periodo. 30

Be liposomų, su aptameriu konjuguotos micelės taip pat buvo išsamiai ištirtos, kad galėtų jas panaudoti tiekiant vaistus. 31, 32, 33 Norėdami gauti DNR-micelių agregatus, turinčius gerą biologinį suderinamumą ir aukštą stabilumą, Liu et al. 34 sintezuoja tiksliai apibrėžtą DNR-diacilipidų micelę, pasižyminčią puikiu šiluminiu stabilumu, dar palengvinant aptamerio modifikuotų micelių, kaip naujų nešiklių, vystymąsi. Kaip parodyta 2 paveiksle, Tan grupė suprojektavo savaime susidedantį aptamerio-micelio nanomedžiagą, pritvirtindama lipido uodegą prie TD05 aptamerio. Be to, šie autoriai mėgdžiojo naviko vietą kraujo sraute, imobilizuodami naviko ląsteles ant srauto kanalo įrenginio paviršiaus. Aplink aptakmerio micelių praplaukimą per kanalą buvo įrodytas jų selektyvus atpažinimo gebėjimas srauto cirkuliacijos sąlygomis žmogaus viso kraujo mėginiuose. Apibūdindami gerą dinaminį srauto kanalų sistemų, imituojančių vaistų patekimą į kraujo sistemą, specifiškumą, aptamerio micelės gali atpažinti vėžines ląsteles ir in vivo pristatyti vaistus. 35

Image

Aptamemerio-micelių susidarymo schema ( a ). Pakopinė srauto kanalo imobilizacijos schema ( b ). Reprezentatyvūs ryškių laukų vaizdai ir kontrolinių ląstelių (CCRF-CEM) ir tikslinių ląstelių (Ramos) fluorescenciniai vaizdai, užfiksuoti srauto kanalo paviršiuje, inkubuotuose su FITC-TDO5-miceliu ( c ) arba FITC-bibliotekos miceliu ( d ) arba laisvas FITC-TDO5 ( e ), įpiltas į žmogaus viso kraujo mėginį, esant nepertraukiamam srautui 300 nl s –1, esant 37 ° C, 5 minutes. Visos mastelio juostos yra 100 μm (pritaikytos iš Wu ir kt., 35 ).

Visas dydis

Hidrogeliai, kaip iš polimerų pagamintos tiekimo sistemos, buvo naudojami atrankinėje į taikinį reaguojančioje sistemoje. Naudojant aptamerius, kurie susikerta su linijinėmis poliakrilamido grandinėmis, buvo parodytas bendras greito ir lengvo taikinių reaguojančių hidrogelių inžinerijos metodas. Konkurencinis tikslo surišimas su aptameriu lemia sumažėjusį kryžminių jungčių tankį ir hidrogelo ištirpimą, kad būtų galima išlaisvinti vaistą. 36 Dar viena nauja polimerų pagrindu sukurta nanomedžiaga, galinti specifiškai prisijungti prie tikslinių ląstelių, turinčių selektyvų citotoksiškumą, buvo sukurta naudojant T2-KK1B10 aptamerį, sgc8c aptamerį ir TDO5 aptamerį. Dėl aptamerų selektyvumo, toksinis polimerinio stuburo poveikis buvo pastebėtas tik tada, kai tikslinės ląstelės, įskaitant vaistams atsparias ląsteles, jas internalizavo. Kituose tyrimuose aptameriai, kurie specifiškai jungiasi su prostatos specifiniu membranos antigenu, buvo naudojami kaip taikiniai ligandai. Farokhzad ir kt. 38, 39, 40 sistemiškai tiriamas prostatos specifinės membranos antigeno, aptamerio-konjuguotų polimerinių nanodalelių, užpildytų įvairiais vaistais, taikymas prostatos vėžio gydymui. Be prostatos vėžio, tikslingas terapinių polimerinių nanodalelių tiekimas yra potencialiai galinga infiltracinių smegenų navikų gydymo technologija, naudojant AS1411 ir GMT8 aptamerus, kurie atitinkamai jungiasi su nukleolino ir U87 ląstelėmis. 41, 42 bandymai in vitro ir in vivo parodė geresnį priešvėžinių ląstelių augimo poveikį.

Neseniai DNR pagrindu sukurtos nanomedžiagos tiksliniam vaistų gabenimui taip pat buvo naudojamos vėžio terapijoje. 43 Ilgas aptamerio rišamas DNR nanotraumas, surinktas iš trumpų DNR sekų, buvo suprojektuotas kaip nešiklis, galintis turėti didelę vaisto naudą (pavyzdžiui, doksorubicinas). Biologiškai suderinamų aptamerio rišamų DNR nanotraumų, gautų iš vaisto, priešvėžinis veiksmingumas ir sumažėjęs šalutinis poveikis buvo įrodytas pelių ksenografinio naviko modeliu. Be to, nanotraumų fluoroforai ir vaistų fluorescencija, išsisklaidydami išsiskyrus, leido tarpląsteliniu būdu signalizuoti apie nanotraumus ir vaistus, todėl aptametro rišami DNR nanotraumai tapo patrauklūs kuriant naujas tikslines vaistų gabenimo platformas vėžio teranostikai.

Aptameriais konjuguotos neorganinės nanomedžiagos

Dideli paviršiaus plotai kartu su unikaliu dydžiu ir forma, taip pat nuo kompozicijos priklausančios fizinės ir cheminės savybės neorganines nanomedžiagas daro labai patrauklias biomedicinos reikmėms. 44 Derinamos su aptameriais, neorganinės nanomedžiagos gali suteikti daugybę modulių, tokių kaip tikslinis atpažinimas, aptikimas, vaistų tiekimas ir kontroliuojamas atpalaidavimas viename darinyje. Remiantis aptamerio konjuguotomis geležies oksido nanodalelėmis, aukso nanomedžiagomis ir silicio dioksido nanodalelėmis, atsižvelgiant į jų palankias savybes.

Tarp šių biologiškai suderinamų neorganinių medžiagų MNP buvo pasiūlytos kaip vaistų nešiotojos, atliekančios klinikinius tyrimus. 46, 47 ACMNP buvo suformuluoti taip, kad atitiktų specifinius vaistų pateikimo ir magnetinio rezonanso tomografijos reikalavimus. 48 Kaip parodyta 3 paveiksle, tikslinė vėžio ląstelių chemoterapija ir magnetinio rezonanso tomografija buvo pasiekta naudojant intelektualią daugiafunkcę nanostruktūrą (SMN), pagamintą iš akytos tuščiavidurės magneto nanodalelės, užkrautos priešvėžiniu vaistu doksorubicinu, heterobifunkciniu PEG ligandu ir sgc8 aptameriu. 49 Aptameriai, modifikuoti išoriniame SMN sluoksnyje, davė daugiavalentį efektą, dėl kurio sustiprėjo specifinis SMN surišimas ir internalizavimas tikslinėse vėžio ląstelėse. Rūgščiai labilių porų atveju, SMN lokalizacija lizosomose palengvina doksorubicino išsiskyrimą iš SMN, sudarydama sąlygas veiksmingai naikinti tikslines vėžio ląsteles. Be to, T 2 relaksacijos matavimai ir T 2 * svertiniai magnetinio rezonanso vaizdai parodė, kad šią nanostruktūrą galima naudoti kaip T 2 kontrastinę medžiagą.

Image

Išmaniųjų daugiafunkcinių nanostruktūrų (SMN) sintezė ir apibūdinimas. a ) SMN sintezės schema. B ) geležies magneto branduolio nanodalelių (IMNP), c ) tuščiavidurių magneto nanodalelių (HMNP) ir ( d ) porėtų magnetinių nanodalelių (PHMNP) TEM atvaizdai. D intarpas rodo padidintą reprezentatyvaus PHMNP vaizdą. Mastelio juostos yra 100 nm (10 nm - intarpui). e ) PHMNP (kairėje) ir PEGilintų PHMNP (PPHMNPs; dešinėje) dispergacija heksane ir vandenyje. f ) PPHMNP ir SMN fluorescencijos intensyvumas (sužadinimas: 545 nm). (pritaikytas iš Chen et al. 49 ).

Visas dydis

Kito tyrimo metu, panaudojant skirtingus DNR fragmentus, buvo sukonstruota savaime surinkta daugiafunkcinė DNR polimerais dengta superpamagnetinė geležies oksido nanostruktūra. Ši nanostruktūra sujungė vaizduojamąsias fluorescencines žymes, tikslo atpažinimo aptamers (AS1411 ir sgc8) ir tikslinius pristatymo vaistus į vieną konjuguotą akceptorių, pasižymintį dideliu pakrovimo pajėgumu ir specifiškumu. 50

Auksinės nanomedžiagos sulaukė nemažo dėmesio kaip vaistų pristatymo platformos dėl savo inertiškų ir biologiškai suderinamų savybių, patogios sintezės ir lengvo manipuliavimo įvairiomis tikslinėmis molekulėmis. 51, 52 Svarbiau yra tai, kad jų geometriškai suderinamos optinės savybės ir stipri fototerminė reakcija palengvina šviesos sukeltą geno / vaisto išsiskyrimą neardomuoju ir kontroliuojamu būdu. 53, 54 Kaip parodyta 4 paveiksle, Kang et al. sukonstravo artimųjų infraraudonųjų spindulių (NIR) šviesai reaguojančių vaistų pristatymo platformą, pagrįstą „Au-Ag“ nanorodais („Au-Ag NRs“), padengtais DNR kryžmiškai susietais polimeriniais apvalkalais. Lazerio spinduliuotės veikimas ir „Au-Ag NRs“ absorbcijos smailė padidino temperatūrą, todėl greitai atpalaiduojamas kapsuliuotas vaistas, kurį galima lengvai valdyti. In vitro tyrimas patvirtino, kad aptamerio funkcionalizuotos nanomedžiagos gali būti naudojamos kaip narkotikų nešiotojai tiksliniam vaistų pristatymui su nuotolinio valdymo galimybėmis, naudojant NIR šviesą, turinčią didelę erdvinę / laiko skiriamąją gebą. 55 Kadangi NIR sritis yra „biologiniame lange“ (700–1300 nm), kur audinių, kraujo ir vandens absorbcija ir autofluorescencija yra sumažinta iki minimumo, 45 šis dizainas yra patrauklus pritaikymui in vivo .

Image

Schema, iliustruojanti aptamerio funkcionalizuoto šerdies ir lukšto nanogelio susidarymą ( a ). DNR sekos ir ryšiai nanogelyje ( b ) (adaptuota iš Kang et al. 55 ). Au-Ag NR, Au-Ag nanorod.

Visas dydis

Taikant tipinę DNR-silicio dioksido paviršiaus konjugato chemiją, buvo sukurta 56 aptamerio imobilizacija ant silicio dioksido nanodalelių, kad būtų galima tikslingai atpažinti, pristatyti vaistą ir atpalaiduoti dirgiklius. Zhu ir kt. suprojektuotos sgc8 aptamerio modifikuotos mezoporinės silicio dioksido nanodalelės tiksliniam vaistų tiekimui. Šios mezoporinės silicio dioksido nanodalelės buvo padengtos daugiasluoksniais polielektrolitų sluoksniais, kad būtų išvengta priešlaikinio vaistų nutekėjimo pristatymo proceso metu, tačiau kontroliuojamas vaisto išsiskyrimas redukuojančiomis sąlygomis. Aptamerų modifikacija leido gerai atpažinti šios nešiklio nešamas ląsteles, kurios galėtų būti naudojamos kaip perspektyvi vaistų tiekimo sistema specifiniam intracelluliniam gimdymui. 57 Kitame darbe buvo pagaminta efektyvi vėžinių ląstelių fluorescencinė vaizdavimo ir kontroliuojamo atpalaidavimo vaistų tiekimo sistema, susidedanti iš polivalentiškų mezoporinių silicio dioksido nanokarjerio-aptamerio biokonjugatų. Nanoporinė šerdis, turinti didelį paviršiaus plotą, leido pasiekti didelę pakrovimo galią su nuo pH priklausoma kontroliuojamo atpalaidavimo kinetika, o paviršiuje konjuguotas AS1411 aptameras palengvino nukleolino, nukreipto į MCF-7 ląsteles, taikymą nanodalelėmis. Šie tyrimai iliustruoja aptamerių naudojimą nukreipiant į vėžines ląsteles, atveriant galimybes tyrinėti įvairius aptamerio-nanomedžiagos kompleksus, kurie gali būti sukurti siekiant pritaikyti įvairius vėžio tipus, kad būtų galima efektyviai pristatyti terapinius agentus.

„Aptamer“ konjuguota nanomedžiaga paremta nauja vėžio gydymo strategija

Nanomedžiagos buvo naudojamos ne tik kaip nešiotojai tiksliniam vaistų perdavimui, bet ir buvo panaudoti kuriant naujas vėžio gydymo strategijas. 59, 60 Jų unikalios optinės, elektrocheminės ir magnetinės savybės kartu su specifiniu aptamerių atpažinimu leidžia naudoti daugybę naujų vėžio terapijos būdų, kad pagerintų vėžio gydymo efektyvumą. Du iš šių kylančių būdų yra PDT ir PTT.

Aptameriais konjuguotos nanomedžiagos, skirtos tiksliniam PDT

PDT yra minimaliai invazinis metodas, kuris sunaikina ląsteles esant deguoniui, kai šviesa apšvitina fotosensibilizatorių, sukurdamas reaktyviąsias deguonies rūšis (daugiausia išskirtinį deguonį). Šis procesas sukelia ląstelių taikinių sunaikinimą dėl tiesioginio ląstelių pažeidimo, kraujagyslių išsijungimą ir imuninio atsako į tikslines ląsteles suaktyvinimą. Tiksliniam PDT buvo pritaikytos 61 su „ Aptamer“ konjuguotos nanomedžiagos, siekiant pagerinti fotosensibilizatorių kaupimąsi vėžio audinyje ir selektyvius fotoindukcijos sukeliamus vėžio pažeidimus.

Tiesioginis aptamerių konjugacija su fotosensibilizatoriais arba fizinis sujungimas su fotosensibilizatoriais yra paplitę būdai, kaip padidinti specifinį fotosensibilizatorių kaupimąsi tikslinėje vietoje. 62, 63, 64, 65 Įvedus DNR savarankišką surinkimą, tiksliniam PDT buvo naudojamas DNR pagrindu pagamintas nanokardas. Kaip parodyta 5 paveiksle, aptamers gali selektyviai atpažinti tikslines vėžio ląsteles ir jungtis prie specifinių baltymų, esančių ląstelių membranose. Tuomet besikaupianti katalizatoriaus seka ant aptamerio gali suaktyvinti kojų piršto tarpininkaujamą katalitinės grandinės poslinkį, kad suaktyvintų fotosensibilizatorių ir pasiektų sustiprintą terapinį poveikį. Specifinis surišimo sukeltas aktyvinimas leidžia DNR grandinei atskirti sergančias ir sveikas ląsteles, taip sumažinant netoliese esančių sveikų ląstelių žalą. Be to, katalizinio amplifikavimo reakcija vyksta arti tikslinių vėžio ląstelių, todėl selektyviam naikinimui susidaro didelė vietinė išskirtinio deguonies koncentracija. 66

Image

DNR aptamerio grandinės darbo schema ląstelės membranoje. a ) Grandinės schema be katalizatoriaus. ( b ) grandinės schema ant ląstelės membranos. c ) DNR plaukų segtukų A1 ir A2, katalizuotų C seka, išsami reakcijos schema. Skirtingi domenai žymimi skirtingomis spalvomis. Visi x domenai papildo x * (adaptuota iš Han et al. 66 ).

Visas dydis

Taip pat buvo atliktas manipuliavimas vienintelio deguonies ( 1 O 2 ) gavimu tiksliniam PDT naudojant anglies nanovamzdelius. 67 Šio tyrimo metu su Ce6 konjuguotas aptameris buvo kovalentiškai surištas su anglies nanovamzdeliais per π-stacking sąveiką. Pridedamas viengrandis DNR aptameris priartino fotosensibilizatorių prie anglies nanovamzdelio, kuris numalšino atskirą deguonies susidarymą, apšvitinant. Atskiri deguonies susidarymai atsinaujino, kai aptamerai buvo surišti su tiksliniais baltymais. Šis tyrimas pateikia naują PDT gydymo strategiją, naudojant labai selektyvų ir kontroliuojamą vienintelio deguonies generavimą.

Be tradicinių natūralių fotosensibilizatorių, nanomedžiagos, naudojamos kaip fotosensibilizatoriai, siūlo alternatyvų požiūrį į veiksmingą PDT. Liu ir kt. sukonstravo aptamerio-fulleno fotosensibilizatorių ir ištyrė fotodinaminį poveikį. R13 aptamerio konjugacija galėtų veiksmingai padidinti PDT efektyvumą fullereno prieš A549 plaučių vėžio ląsteles, esant serumui. Padidėjęs fotodinaminis efektyvumas ir geras biologinis suderinamumas tamsoje daro aptamerio-fullereno konjugatus labai perspektyviais fotosensibilizatoriais, naudojant specifinius navikinius PDT. 68

Aptameriais konjuguotos nanomedžiagos, skirtos tikslinei PTT

Kaip ir PDT, PTT yra palyginti neinvazinė ir gerybinė vėžio gydymo alternatyva. Dėl tokio gydymo būdo biologiniai audiniai pakyla aukštesnėje nei normalioje temperatūroje, kad būtų galima sunaikinti nenormalias ląsteles. 69 Iki šiol šios strategijos veiksmingumą įrodė sėkminga pelių naviko remisija. 70, 71

Auksinės nanomedžiagos yra ypač patrauklios kandidatūros tirti PTT dėl jų suderinamumo NIR regione. Iš pradžių Huang ir kt. 72 parodė, kad tiksliniam PTT naudojamas sgc8c aptameriu konjuguotas Au-Ag NR. Kovalentiškai sujungus aptamers nanorodų paviršiuje, buvo realizuotas specifinis ląstelių nukreipimas ir selektyvus fototerminis žmogaus ūminės limfoblastinės leukemijos ląstelių sunaikinimas. Skirtingoms vėžio ląstelėms vienu metu sunaikinti taip pat buvo naudojami auksiniai nanorodai, modifikuoti dviem skirtingais aptameriais. Aptameriai, atrinkti prieš DU145 prostatos vėžio ląsteles (aptamerio CSC1), ir jų subpopuliacija vėžio kamieninėmis ląstelėmis (aptameris CSC13) buvo susieti su aukso nanododžių paviršiumi, o gauti konjugatai buvo sėkmingai panaudoti tikslui ir sunaikinti tiek vėžio ląsteles, tiek vėžio kamienines ląsteles, naudojant NIR lazerio švitinimas. 73

Siekiant dar labiau pagerinti fotodinaminį nanododžių efektyvumą, buvo susintetinta ir modifikuota nauja Ag-Au nanostruktūra su S2.2 aptameriu, kuris specialiai jungiasi su MUC1 mucinu. Aukščiau nei „Au-Ag NRs“, „Ag-Au“ nanostruktūros pasižymi dideliu gebėjimu absorbuoti NIR spinduliuotę ir geba atlikti MCF-7 ląstelių PTT esant labai mažam apšvitos galios tankiui (0, 25 W cm – 2 ), nesunaikindamos sveikų ląstelių ir aplinkinius normalius audinius. Kadangi šios sintezuotos nanostruktūros pasižymi dideliu paviršių sustiprintu Ramano išsklaidymo aktyvumu, todėl sintezuotos nanostruktūros siūlo protokolą, kaip specialiai atpažinti ir jautriai aptikti vėžio ląsteles, todėl šios nanostruktūros yra labai perspektyvios vėžio PTT. 74

Kombinuota vėžio terapijos strategija, naudojant su aptameriais konjuguotas nanomedžiagas

Šiuo metu aktyviai siekiama sukurti kombinuotą PDT / PTT naudojant aptamerio-konjuguotas nanomedžiagas, kad būtų gautas labai specifinis ir patobulintas terapinis rezultatas. Multimodalinė terapija, naudojant tiek AuNR / fotosensibilizatorių kompozicijas, tiek hibridines nanomedžiagas, vadovaujant aptameriais, galėtų žymiai padidinti vėžio terapijos efektyvumą.

Neseniai auksiniai nanodiodai buvo naudojami kaip nešiklis, pernešantys aptamers, sujungtus su chlorinu 6 (Ce6), į tikslines vėžio ląsteles. 75 Kaip parodyta 6 paveiksle, aptameris sgc8 buvo konjuguotas su AuNR tiolo-Au kovalentu ryšiu ir tada hibridizuotas su Ce6 ženklu pažymėtu fotosensibilizatoriumi / reporteriu, kad susidarytų DNR dviguba spiralė. Kai tikslinių vėžio ląstelių nebuvo, Ce6 buvo užgesintas ir neparodė PDT efekto. Tačiau, kai buvo tikslinės vėžio ląstelės, aptamerio struktūra pasikeitė, kad išlaisvintų Ce6, kad, apšvitinus šviesą, susidarytų vienintelis deguonis PDT. Svarbu tai, kad derinant fotosensibilizatorių su fototerminiu AuNR efektu, buvo įgyvendinta dviguba PTT / PDT terapija.

Image

Aptamerio-konjuguoto AuNR-Ce6 komplekso, skirto tikslinei vėžio terapijai, schema (adaptuota iš Wang ir kt., 75 ).

Visas dydis

Kadangi kiekvienas aukso nanodis yra modifikuotas daugeliu aptamerio-Ce6 molekulių, aukso nanorod-aptamerio-Ce6 konjugatas suteikia padidintą rišamąjį ir gydomąjį poveikį, nes pridedamas gebėjimas nešioti daugybę fotosensibilizatorių. Be to, aukso nanodrodų švitinimas NIR lazeriu leidžia toliau naikinti ląsteles dėl fototerminio efekto. Taigi žaibiškai apšvitinus vienodus fotodinaminius ir fototerminius efektus, žymi ląstelių mirtis. Šis aukso nanorod-aptamer-Ce6 konjugatas pasižymi nepaprastai pagerintu ir sinergetiniu terapiniu efektu, palyginti su vien PTT ar PDT, užtikrinant aukštą specifiškumą ir terapinį efektyvumą, kurį galima apibendrinti kitų rūšių vėžio terapijomis. Panašiai multimodaliniam vėžio gydymui taip pat buvo sukurta keičiamo aptamerio pagrindu veikianti fotosensibilizatoriaus-AuNR platforma. 76

Hibridinių nanomedžiagų, sudarytų iš aukso nanomedžiagų ir anglies nanovamzdelių, turinčių stiprią optinę absorbciją NIR srityje, naudojimas leis sukurti daug aukštesnę temperatūrą, o tai savo ruožtu padarys fototerminį procesą daug efektyvesnį ir greitesnį. Kad būtų pasiektas šis tikslas, aukso nanopopornas buvo pritvirtintas prie hibridinių nanodalelių iš vienaląsčių anglies nanovamzdelių, o taikinio molekulė buvo S6 aptameris. Specifinis SK-BR-3 krūties vėžio ląstelių pripažinimas buvo realizuotas sąveikaujant su aptameriu. Vėlesnis NIR švitinimas sukėlė hibridinės nanomedžiagos hipertermijos efektą, dėl kurio buvo galima veiksmingai sunaikinti vėžio ląsteles labai selektyviai. 77 Kitoje ataskaitoje Khan et al. suprojektavo A9 aptamerio konjuguoto aukso nanocage, dekoruotą viengysliais anglies nanovamzdeliais, tiksliniam vaizdavimui ir fototerminiam prostatos vėžio ląstelių naikinimui. Biokonjuguotų hibridinių nanomedžiagų atvaizdavimas ir terapija buvo labai selektyvios ir galėjo atskirti tikslines ir netikslines vėžio ląstelių linijas. 78 As the photothermal response for the hybrid nanomaterial is far better than that for a single nanomaterial, it is promising to utilize the hybrid nanomaterials for highly effective in vivo photothermal cancer therapy.

Išvados

The increasing inadequacies of conventional cancer therapy provide an impetus to the development of new therapeutic methods. By summarizing recent progress in integrating aptamers with various types of nanomaterials, we have demonstrated that these novel aptamer-conjugated nanomaterials benefit cancer therapy through increased specificity and efficacy as well as reduced toxicity. Because each nanomaterial has its own optical, electrochemical, magnetic and mechanical properties, aptamer-conjugated nanomaterials with diverse characteristics exhibit multifunctional theranostic capability for cancer therapy. The development of such multifunctional nanosystems combined with aptamers will eventually become a popular strategy for the design of novel nanoplatforms for successful cancer therapy. It should be noted that testing for some of the aptamer-conjugated nanoparticles has only been performed in vitro . Although aptamer-conjugated nanoparticles appear to hold potential for cancer therapy, considerable challenges and issues remain to be resolved, such as the poorly understood pharmacokinetics, toxicity and off-target effects. To realize the full potential of such multifunctional nanosystems, it is necessary to perform more stringent in vivo testing to demonstrate the effectiveness of these systems. The continued development of animal models for the evaluation of safety and efficacy of these promising therapeutic strategies will lay the foundation for use in humans.

Ateities perspektyvos

As excellent targeting ligands, aptamers have already succeeded in the sensitive and selective recognition of particular cancer cell populations or tissues. Bioconjugates integrating nanomaterials with aptamers will further prompt the development of efficient strategies for cancer therapy. Currently, liposomes, micelles and polymeric nanoparticles are the most promising materials for nanoparticle-based targeted drug delivery because of their biocompatibility and biodegradability. Compared with biodegradable organic macromolecules, inorganic nanomaterials may not have obvious advantages if simply used as drug carriers, as they hardly degrade in biological systems. However, combined with aptamers, biocompatible inorganic nanomaterials with unique optical, magnetic and electronic properties could provide relatively noninvasive and benign alternatives for targeted cancer therapy, leading to new approaches for cancer treatment. In addition to their utilization as platforms for targeted cancer therapy, aptamer-conjugated nanomaterials will find additional applications in the biomedical field, for example, in three-dimensional cell culture and tissue engineering. Future efforts will focus on developing aptamer-conjugated nanomaterials with multimodalities that combine both diagnostic and therapeutic components to address challenges such as multiple-drug resistance and ultimately to improve therapeutic outcomes and reduce costs.

Although aptamer-conjugated nanomaterials are emerging as a promising platform for cancer therapy, much work remains to be done before these materials can be used in clinical practice. This work includes minimizing the toxicity of the conjugate, improving target efficacy and studying the behavior of nanoparticles in biological microenvironments. To minimize systemic toxicity, key factors, such as surface charge, coating, particle size, as well as the biocompatibility and biodegradability of conjugates, should be carefully considered. To improve the target efficacy, it is necessary to optimize the surface modification of conjugates. In addition to modulating the density of aptamers, encapsulation of the nanoparticles with PEG coatings can prolong the circulation time of the conjugates, thereby effectively improving the targeted efficacy. Still, much effort is needed to achieve a successful cancer treatment. However, based on the promising multimodal theranostic nanoplatforms and the increasing demand for efficient cancer therapy, we will witness a continued and rapid development of aptamer-conjugated nanomaterials for cancer therapy in the near future.