基于锆基金属有机框架构建粗糙表面以增强多发性骨髓瘤的光热与光动力治疗

《BIOMATERIALS RESEARCH》：Construction of Rough Surfaces Based on Zirconium Metal–Organic Frameworks to Enhance Photothermal and Photodynamic Therapy for Multiple Myeloma

为克服传统化疗靶向性差、系统毒性及肿瘤微环境阻碍药物递送等挑战，本文推荐了一项关于新型pH响应型表面转换药物递送系统（DDS）的研究。研究人员构建了基于UiO-66-NH2、CeO2及聚合物涂层的纳米载体UiO@CeO2/IR@(bPEI/HA)-A6，负载光敏剂IR-820，实现了对CD44过表达的多发性骨髓瘤细胞的高效靶向、增强摄取及联合光热疗法（PTT）与光动力疗法（PDT）的协同抗肿瘤效应。该研究为多发性骨髓瘤的精准治疗提供了新策略。

　　

多发性骨髓瘤是仅次于淋巴瘤的第二常见血液系统恶性肿瘤，其治疗面临高复发率和化疗耐药等严峻挑战。传统的化疗药物存在靶向性差、全身毒性大以及水溶性不佳等问题。更棘手的是，复杂的肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）像一道天然屏障，严重阻碍了药物从血液循环系统高效抵达并富集于肿瘤部位。因此，开发能够“聪明”地穿越屏障、精准锁定癌细胞并高效杀伤的智能纳米药物递送系统，成为了当前生物材料与肿瘤治疗领域的研究热点。

为了应对这一挑战，一项发表于《BIOMATERIALS RESEARCH》的研究展示了一种巧妙的设计。研究人员构想了一种集靶向、控释、增强摄取和协同治疗于一体的“智能纳米导弹”。这项研究的核心成果是成功构建了一种名为UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6的pH响应型表面转换药物递送系统。它旨在解决多发性骨髓瘤治疗中药物递送效率低和肿瘤微环境阻碍的两大核心难题。

为了验证这一设计的可行性并评估其疗效，研究人员综合运用了材料合成与表征、细胞与动物实验等一系列关键技术方法。研究首先通过溶剂热法和原位生长法合成了以UiO-66-NH₂（一种锆基金属有机框架）为核心、表面包裹粗糙CeO₂壳层的纳米载体，随后负载光敏剂IR-820，并最终通过层层自组装技术包覆上pH响应的支化聚乙烯亚胺（bPEI）和透明质酸-A6肽（HA-A6）聚合物外壳。研究利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对材料的形貌和尺寸进行了表征。在体外实验中，使用人源多发性骨髓瘤细胞系（ARH-77和RPMI8226）评估了纳米系统的生物安全性、细胞摄取、光热/光动力杀伤效果、诱导细胞凋亡和周期阻滞以及活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）生成能力，并通过流式细胞术、蛋白质印迹（Western blot）等方法进行了量化分析。在体内实验中，研究在BALB/c裸鼠上建立了多发性骨髓瘤异种移植模型，通过小动物活体成像系统观察了纳米药物在体内的分布和肿瘤靶向性，并系统评估了其抑瘤效果和生物安全性。

研究结果部分通过一系列严谨的实验，系统地证明了该纳米系统的优越性能。

在材料制备与表征方面，SEM和TEM图像清晰显示，成功制备了分散良好的UiO-66-NH₂、UiO@CeO₂和最终的UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6纳米颗粒。CeO₂的包覆显著增加了材料表面的粗糙度，而最外层的聚合物涂层则使颗粒表面变得模糊，尺寸有所增加。动态光散射和Zeta电位分析表明，最终纳米颗粒的水合粒径约为296.1纳米，表面带负电，这有利于其在血液中的长循环并减少非特异性吸附。

关于药物负载与光热性能，研究通过紫外-可见光谱和标准曲线计算，确定了IR-820的最佳负载比例，其包封率和负载率分别达到87.47%和30.43%。光热性能测试显示，在808纳米激光照射下，UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6溶液的温度迅速上升，其光热转换效率高达26.8%，且升温效果具有浓度和激光功率依赖性，为有效的光热治疗奠定了基础。

在体外细胞活力测定中，CCK-8实验表明，在没有激光照射的情况下，纳米材料表现出良好的生物安全性。而在808纳米激光照射后，负载了IR-820的材料组（尤其是UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6）对骨髓瘤细胞显示出显著的剂量依赖性杀伤作用。活/死细胞染色实验直观地证实，经UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6处理并照光后，细胞死亡（红色荧光）最为显著。

细胞摄取实验是验证“粗糙表面增强内吞”设计理念的关键。流式细胞术和Transwell小室实验均一致表明，相较于表面光滑的UiO-66-NH₂/C6，具有粗糙表面的UiO@CeO₂/C6被细胞的摄取量显著增加。而进一步修饰了靶向分子A6肽的UiO@CeO₂/C6@(bPEI/HA)-A6，其细胞摄取效率最高，证明了粗糙表面与主动靶向的协同增效作用。

为了探究其杀伤机制，研究进行了体外细胞凋亡分析、细胞周期分析和ROS检测。流式细胞术凋亡检测显示，经UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6处理并照光后，细胞凋亡率最高。Western blot分析进一步揭示，该处理能上调促凋亡蛋白Bax的表达，下调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达。细胞周期分析发现，该处理能诱导细胞周期阻滞在G0/G1期。此外，ROS检测表明，该纳米系统在激光照射下能产生大量ROS，其中UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6组产生的ROS水平最高，结合了CeO₂的类芬顿反应催化能力和IR-820的光动力效应。

研究的最终检验场在体内。小动物活体成像结果显示，静脉注射后，UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6在肿瘤部位的荧光信号强度远高于游离的IR-820，并在注射后8小时达到峰值，证明了其卓越的肿瘤靶向与富集能力。在治疗实验中，与PBS、游离IR-820以及无靶向的UiO@CeO₂/IR组相比，UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6治疗组小鼠的肿瘤生长受到了最显著的抑制，且小鼠体重稳定。对主要器官和肿瘤的组织切片进行苏木精-伊红（H&E）染色分析发现，治疗组肿瘤组织出现大面积坏死，而心、肝、脾、肺、肾等主要脏器未见明显病理损伤，充分证明了该纳米系统在体内高效抑瘤的同时具备良好的生物安全性。

综上所述，本项研究成功构建了一种智能、多功能的纳米靶向药物递送系统。该系统的创新性在于巧妙整合了多种策略：利用HA和A6肽实现对CD44过表达肿瘤细胞的主动靶向；利用pH响应的聚合物外壳（bPEI/HA）在血液中保持“隐形”，在酸性的肿瘤微环境中解体，暴露内核；利用CeO₂构建的粗糙表面显著增强肿瘤细胞对纳米颗粒的内吞作用；同时负载光敏剂IR-820，实现了光热治疗与由CeO₂和IR-820协同增强的光动力治疗的联合。体外和体内实验共同证实，UiO@CeO₂/IR@(bPEI/HA)-A6不仅能够高效靶向并富集于肿瘤组织，还能在激光触发下产生强烈的光热效应和大量ROS，从而有效杀伤多发性骨髓瘤细胞，抑制肿瘤生长，且系统毒性低。这项研究为解决多发性骨髓瘤的靶向治疗难题提供了一种具有广阔前景的新思路和可行方案，也为其他实体瘤的纳米药物设计提供了有价值的参考。