暨南大学薛巍/朱静宜ACS Materials Letters：三重钙离子超载策略联合光热用于肿瘤归巢治疗

钙离子（Ca²⁺）作为第二信使，在生理过程中起关键作用，但细胞内Ca²⁺过载会引发线粒体功能障碍和细胞死亡，这让Ca²⁺过载成为一种有前景的癌症治疗策略。近年来，光控增强Ca²⁺过载策略取得显著进展，然而，这些策略主要依赖于纳米颗粒增强的通透性和滞留（EPR）效应，以在肿瘤组织内实现被动靶向。这种被动靶向机制往往导致纳米颗粒在肿瘤部位的积累不理想，无法充分发挥其治疗潜力。因此，迫切需要开发一种方法，既能促进纳米颗粒（NPs）高效递送至肿瘤组织，又能引发细胞内Ca²⁺水平显著且持续的升高。

论文发表截图

近日，暨南大学薛巍教授和朱静宜副教授团队在《ACS Materials Letters》上发表题为“Photothermal Amplification of Calcium Ion Overload for Tumor Homing Therapy”的论文。该研究用嵌有DiR的癌细胞膜包裹负载有姜黄素（Cur）的无定形碳酸钙纳米颗粒CMD。CMD纳米颗粒在实现同源靶向的同时，还可通过三种机制协同增强Ca²⁺过载：一是通过DiR实现光热效应的同时打开TRPV1通道，促进Ca²⁺内流；二是姜黄素（Cur）的特异性Ca²⁺调控双机制；三是无定形碳酸钙的酸响应解离释放Ca²⁺，三者协同作用，显著提升肿瘤细胞内Ca²⁺浓度，诱导细胞凋亡，实现高效肿瘤归巢治疗。

摘要图：CMD纳米颗粒在肿瘤部位对肿瘤细胞杀伤示意图。

主要内容：

研究人员使用4T1癌细胞对负载有姜黄素（Cur）的无定形碳酸钙纳米颗粒（CaCur）进行表面修饰得到CMD纳米药物递送系统。TEM（图A）的图像显示，CaCur纳米颗粒直径约100 nm，且呈现单分散状态，DLS粒径约为122 nm（图C）。XRD、TGA、FTIR、XPS和UV-Vis（图E-I）表明了CaCur的成功制备。TEM、Zeta电位、SDS-PAGE、HRTEM和元素映射分析（图B、D、J&K）表明癌细胞膜成功包覆且膜蛋白完整保留。

图一：CaCur及CMD表征。

体外细胞毒性实验的结果（图二A、B&D）表明CMD在暗条件下表现出较低的细胞毒性，在808 nm激光照射下对4T1细胞表现出显著的毒性，且这种毒性具有pH依赖性，在酸性环境下毒性增强。进一步机制研究表明，CMD纳米颗粒在808 nm激光照射下可显著升高细胞内Ca²⁺浓度，这可能是由于光热效应导致TRPV1通道开放，促进Ca²⁺内流（图二C&E）。此外，JC-1线粒体膜电位检测结果显示，CMD纳米颗粒在激光照射下可显著降低线粒体膜电位，进而诱导细胞凋亡。CLSM（图二G）和流式细胞仪（图二H）检测结果显示，4T1细胞膜的修饰赋予了CMD强大的同源靶向能力。

图二：CMD体外钙离子超载作用及同源靶向检测。

在体内，通过小动物活体成像系统对尾静脉注射游离DiR和CMD的小鼠进行了检查，结果显示CMD在小鼠肿瘤部位的聚集显著高于游离DiR，证实了其高效的肿瘤靶向性（图三A-F）。进一步的体内抗肿瘤实验表明，CMD在不对机体各正常组织和器官造成明显伤害的前提下，通过钙离子超载策略实现了对肿瘤生长的抑制，并且在光热治疗进一步实现Ca²⁺超载和直接杀伤肿瘤细胞的作用下，CMD展现出了强大的肿瘤杀伤能力并实现了肿瘤的明显消除（图四B-E）。且组织学分析显示肿瘤细胞凋亡显著，其他主要器官未见明显损伤，表明CMD纳米药物递送系统在体内具有高效抗肿瘤作用及良好的生物安全性（图四F-H）。

图三：CMD体内同源靶向实验。

图四：CMD体内抗肿瘤效果，免疫荧光检测、血液生化分析及组织切片。

本文要点：

1.本研究通过三重Ca²⁺超载策略实现肿瘤细胞内Ca²⁺显著和持续的超载。荧光染料DiR在808 nm的激光照射下可以激活TRPV1通道，促进细胞外Ca²⁺内流；Cur是一种天然多酚化合物，可以通过促进内质网中Ca²⁺释放到细胞质中，并抑制细胞质中的Ca²⁺通过质膜上的Ca²⁺通道将Ca²⁺外排到细胞外空间，从而实现Ca²⁺超载；碳酸钙能够响应肿瘤微酸性微环境实现降解，并释放出大量的外源性Ca²⁺引起细胞内Ca²⁺超载。

2.本研究通过共同超声将癌细胞膜包被在载有Cur的无定形碳酸钙上，实现了纳米颗粒的仿生伪装。纳米颗粒借助癌细胞膜固有的同源靶向能力和逃避免疫清除能力，可以通过主动靶向和逃避免疫细胞清除来增加肿瘤部位的递送效率，显著提升了其在肿瘤组织中的靶向性和滞留时间，提高了纳米颗粒的肿瘤治疗效果。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.5c00461