Chemical Science:构建靶向模块化聚合物有望实现定量药物递送

今天给大家带来一篇最近发表在Chem. Sci. (IF=9.556)上面的文章。文章的通讯作者是来自澳大利亚昆士兰大学的Kristofer J. Thurecht，研究方向主要为聚合物的发展以及基于纳米粒子的纳米医学设备。(图片来自于参考材料1)

1. 生物正交反应（bio-orthogonal reaction）是指在活体细胞或组织中可以进行但却不会干扰生物自身生化反应的化学反应，通常被用来在不对细胞产生毒性的条件下研究蛋白质和脂质等生物大分子，如今研究较多的生物正交反应中有很多属于点击化学的click-reaction。

2. 抗体药物偶联物（antibody-drug conjugate, ADC）是通过一个化学linker将具有生物活性的小分子药物连接到单克隆抗体上，单抗作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞。在癌症的治疗中，通常使单抗靶向癌细胞表面的特异性抗原，小分子药物便可被运输到癌细胞附近并进入细胞内，发挥其细胞毒作用对癌细胞进行特异性杀伤。

3. 前药（prodrug）又称前体药物，是指药物经过化学结构修饰后得到的在体外无活性或活性较小、在体内经酶或非酶的转化释放出活性药物而发挥药效的化合物，前药原理广泛应用于抗肿瘤药物，提高了药物作用部位的特异性，降低了毒副作用。

4. 正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomograph,PET）是核医学领域比较先进的临床检查影响技术，是唯一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，可反映标记有短寿命放射性核素的物质在体内的代谢和聚集等情况，具有灵敏度高、特异性强、全身显像、安全性好等优点。

1. 现有的癌症化疗策略仍然面临定量治疗、靶向递送和毒副作用等巨大挑战。

2. “click-to-release”前药激活策略引发了药物选择性靶向递送的潮流（上图），其生物正交性和对体内释药的直接控制使其具有安全、可控的特点，有发展成为更加个体化、高效化的治疗平台的潜力，其中四嗪和反式环辛烯(tCO)之间发生的逆电子DA (IEDDA) 反应速率快，应用前景好。

3. 以前的策略通常是使偶联有反式tCO和小分子药物的ADC先预靶向结合肿瘤，然后注入四嗪化合物与tCO发生IEDDA反应，实现前药的激活而释放出小分子药物。小分子药物随即进入肿瘤细胞起到杀伤效果，而对于顺式cCO基本没有释放药物的能力。

4. 目前的方法仍然面临较大的挑战，如:(1)抗体循环时间过长(2)在不影响抗体功能的情况下可偶联的tCO数目有限(3)免疫原性(4)tCO衍生物合成难度大(5)无法定量监测药物释放的量。

5. 本文作者为了解决上述问题开发出了利用四嗪和tCO之间的生物正交反应激活药物释放的聚合物诊疗系统。作者利用双特异性抗体将搭载了多个药物的纳米聚合物快速高效的预靶向肿瘤，通过再次注射四嗪-核素分子，实现了药物的释放以及pet成像检测（图A）。作者通过检测组织内残留的放射性物质，实现了实时空间定量检测体内被激活药物，有助于人们加深对复杂药物递送系统的理解。另外，聚乙二醇化的超支化聚合物使其拥有了较高的功能密度，同时又将免疫原性最小化。

HBP由可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合技术合成。以BOC-amine RAFT作主体，PEGMA作生物相容性单体，Cy5 MA作荧光检测单体，EGDMA作支化剂，可合成大小和结构可控的超支化聚合物。该超支化聚合物有三个优点（1）聚乙二醇化纳米颗粒作为药物载体可降低免疫原性（2）使用超支化聚合物作为聚合物药物递送载体可以提高药物装载能力（3）该分支结构提供了多功能包括允许在单一平台内整合治疗剂、靶向剂以及成像探针的优势。

随后tCO-DOX-NHS和 cCO-DOX-NHS化合物分别与HBP（23）偶联，最终将该偶联物与双特异性抗体混合偶联。双特异性抗体的一端为抗PEG组分，与PEG化的纳米微粒非共价相互作用，另一端为抗肿瘤抗原组分，靶向肿瘤细胞（图D）。

分别在MCF7乳腺癌细胞（含有非内化受体），MDA-MB-468乳腺癌细胞（内化受体）中验证实验：双特异性抗体可有效的增强HBP与癌细胞之间的相互作用，具有较好的靶向性；HBP-tCO-DOX的细胞毒作用显著低于游离的多柔比星，显示出前药形式的氨基甲酸酯连接的多柔比星在体外环境下较为稳定；当HBP-tCO-DOX与四嗪化合物孵育后，细胞生存率显著下降，证实了活性药物多柔比星的释放，而HBP-cCO-DOX作为对照则变化不明显。

实验得到四嗪在与HBP-tCO-DOX反应后可迅速释放药物，9min内就可以释放出92%以上的多柔比星；相反的是，HBP-cCO-DOX十分稳定，24h后也只有不到5%的多柔比星释放，显示只有HBP-tCO-DOX具有较高反应活性。

最后作者选用MCF7（含非内化受体，效果更好）肿瘤模型的小鼠进行体内的PET-CT图像显示，加入HBP-tCO-DOX24h后与对照组HBP-cCO-DOX24 相比，MCF7肿瘤内的⁶⁴Cu信号强度明显增加（如图G），且药物释放具有高度的特异性和选择性，脱靶毒性降低（图H）。

1. HBP的使用提供了一个多功能平台，可在此基础上进行多元化改造应用于各种特殊的用途，如增加载药量等。

2. 极大地降低了脱靶毒性，解决了当今化疗的一大难题。

3. 量化药物释放的方法为未来纳米药物的药动学和药效学研究提供了可行的方向。