自组装的无载体药物纳米颗粒，用于增强肝癌的协同治疗效果

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Self-Assembled Carrier-Free Drug Nanoparticles for Enhanced Synergistic Therapy of Liver Cancer

构建了GA/CUR/HCPT无载体自组装纳米系统，通过分子动力学模拟揭示三者通过氢键和范德华力结合，粒径146.37±0.157nm，zeta电位-34.43±0.771mV，稳定性良好。实验表明该纳米系统显著增强肝癌细胞（Huh7、BEL-7404）的摄取效率与协同抗癌效果，动物模型显示低肝、肾毒性。为开发绿色无载体纳米药物提供了理论依据和实践方案。

黄星珍|冯丽珍|黄静萍|刘胜军|王瑶|黄东毅|黄婷婷|廖伟菊|邓润芳

广西医科大学药学院，中国广西南宁市，530000

摘要：

完全由活性药物分子组成的无载体纳米药物输送系统代表了下一代纳米药物技术的可持续方法。本研究利用羟基喜树碱（HCPT）、姜黄素（CUR）和甘草酸（GA）构建了一种三元无载体自组装纳米粒子系统（GA/CUR/HCPT-NPs）。该研究探讨了其在细胞和动物体内的运输过程，评估了其协同抗肝癌效果，并在体内和体外模型中评估了其毒性。这些发现为无载体、绿色纳米药物输送系统的开发提供了宝贵的见解。分子动力学模拟结果证实，GA、CUR和HCPT分子通过范德华相互作用和氢键等分子间力结合。GA/CUR/HCPT-NPs的尺寸为146.37 ± 0.157 nm，多分散指数（PDI）为0.157 ± 0.010，Zeta电位为-34.43 ± 0.771 mV，在4°C下稳定性良好，持续时间为7天。与单药组及物理混合物相比，GA/CUR/HCPT-NPs显著增强了Huh7和BEL-7404肝癌细胞的细胞毒性和摄取效率。此外，GA/CUR/HCPT-NPs在体内和体外均表现出强烈的协同抗肝癌效果，且未观察到明显的肝或肾毒性。因此，这种采用简单有效绿色方法制备的无载体三元纳米粒子为组合抗肿瘤疗法的开发提供了有希望的途径。

引言

根据世界卫生组织国际癌症机构的估计，2022年全球将有约87万例新发肝癌病例和约76万例死亡病例。¹其中，肝细胞癌（HCC）是最常见的肝癌类型，约占所有肝癌病例的80%。²HCC的主要治疗方法包括手术切除、介入治疗、放射治疗、肝脏移植和局部消融。药物治疗包括化疗、靶向治疗和免疫治疗。

羟基喜树碱（HCPT）是一种广谱抗癌药物，对肝癌、乳腺癌、胃癌等多种肿瘤类型具有显著疗效。^{3, 4, 5}尽管HCPT已通过临床验证，但像HCPT这样的拓扑异构酶I抑制剂存在水溶性差、半衰期短、稳定性低等问题，同时伴有出血性膀胱炎、骨髓抑制和全身毒性等副作用。^{6, 7, 8}

姜黄素（CUR）是一种从姜黄中提取的多酚化合物，属于姜科植物。作为天然食品色素，CUR已被世界卫生组织和美国食品药品监督管理局批准为天然食品添加剂。⁹CUR具有多种药理活性，包括抗肝癌作用、抗氧化作用、抗炎效果和逆转多药耐药性的能力。^{10, 11}过去30年的大量研究表明，CUR在预防和治疗促炎性慢性疾病（如肺部疾病、代谢紊乱、自身免疫疾病和恶性肿瘤）方面具有重要作用。此外，由于其较低的毒性和逆转药物耐药性的能力，CUR受到了广泛关注。然而，由于其水溶性差、口服吸收率低和生物利用度有限，其在癌症治疗中的临床应用仍受到限制。

甘草酸（GA）是甘草根的主要成分，占其干重的约10%。它由两个葡萄糖醛酸分子和一个甘草酸分子组成，具有两亲性，是甘草中的主要活性成分。¹²除了生物活性外，GA还能通过与疏水性药物形成非共价复合物来提高其溶解度，从而减少所需的治疗剂量。¹³此外，GA还作为一种多功能药物靶向配体，不仅能增强其他药物的疗效，还能实现靶向药物输送。

然而，纳米药物输送系统的临床转化面临挑战，包括许多纳米载体可能引发的免疫反应和毒性问题。此外，药物装载量低和药物过早泄漏等问题也可能限制治疗效果。^{14, 15, 16}幸运的是，完全由活性药物或治疗剂自组装而成的无载体纳米平台为这一领域提供了有希望的替代方案。这些平台消除了对非治疗性载体的需求，显著提高了药物装载效率，降低了纳米载体相关的毒性，并支持大规模生产，从而增强了临床应用的潜力。

在本研究中，使用HCPT、CUR和GA作为纳米粒子的自组装材料。通过分子动力学模拟研究了这些药物分子之间的相互作用和自组装机制。本研究结合微观洞察和实验验证了自组装纳米药物的机制。在细胞和动物模型中评估了GA/CUR/HCPT纳米粒子的体内运输和抗肝癌效果，并进行了体外和体内安全性评估。这些发现为无载体绿色纳米药物输送系统的开发奠定了坚实的基础。

材料

羟基喜树碱和姜黄素购自上海麦克莱恩生化科技有限公司，甘草酸购自南京晶珠生物科技有限公司，羟基喜树碱注射液购自深圳万乐药业有限公司，二甲基亚砜购自成都金山化学试剂有限公司，透析袋（分子量=3.5kDa）购自北京索莱宝科技有限公司，甲醇和乙腈（色谱纯度）也用于实验。

GA、CUR和HCPT的分子动力学模拟

为了评估GA、CUR和HCPT之间的结合相互作用，对随机分布在水箱中的药物分子进行了分子动力学模拟。图1A展示了0至100纳秒时间范围内GA、CUR和HCPT之间相互作用的示意图。图1B、C和D展示了模拟过程中HCPT、CUR和GA之间形成的氢键数量的变化。这些结果表明氢键的形成

讨论

使用纯药物分子作为纳米药物输送系统的主要成分受到了广泛关注。这种方法利用了药物分子本身的性质及其相互作用，通过简单的自组装过程开发出有效的系统。这种绿色、无载体的方法促进了高效的药物输送，在该领域引起了极大的兴趣。此外，这些纳米输送系统减少了对分子载体的依赖，降低了风险

结论

本研究成功开发了创新的无载体自组装GA/CUR/HCPT-NPs，显著提高了HCPT和CUR的水溶性和储存稳定性。体外细胞毒性、凋亡和摄取研究表明，GA/CUR/HCPT-NPs对肿瘤细胞具有强烈的抑制作用。药物在癌细胞内的内化能力增强以及细胞摄取率的提高，共同促进了显著的体内治疗效果，并降低了毒性。

作者贡献声明

黄婷婷：验证、概念构思。黄东毅：研究、概念构思。王瑶：软件、方法学。刘胜军：软件、资源、研究。邓润芳：软件、资源。廖伟菊：可视化、研究。黄静萍：撰写初稿、可视化、验证、方法学。冯丽珍：撰写初稿、方法学、正式分析、数据整理。黄星珍：撰写、审稿与编辑、项目监督

数据获取

本研究生成的数据集可应要求向相应作者索取。

利益冲突

作者声明没有利益冲突

伦理批准和知情同意

所有动物实验均在特定的无病原体环境中进行（通风房间，25±2°C，50-65%湿度，12小时光照/黑暗周期），并提供标准水和食物（SYXK gui 2020-0004）。动物实验的伦理批准已获得广西大学动物实验伦理委员会的批准（批准编号202403007）。本研究遵循了

资助

本研究得到了广西自然科学基金（项目编号2023GXNSFAA026316）的支持

利益冲突声明

无利益冲突声明

致谢

作者衷心感谢广西自然科学基金（项目编号2023GXNSFAA026316）的支持。我们也非常感谢黄星珍的指导以及所有作者的共同努力。同时，感谢广西医科大学药学院提供的研究设施，以及广西生物活性分子研究与评价重点实验室的支持。