一种含有多巴胺纳米颗粒和羧甲基纤维素的水凝胶,用于乳腺癌术后的综合管理:预防复发/转移并促进伤口愈合

《Talanta》:A polydopamine nanoparticles-blended carboxymethylcellulose hydrogel for integrated postoperative management of breast cancer: Preventing recurrence/metastasis and promoting wound healing

【字体: 时间:2026年05月02日 来源:Talanta 6.1

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  石永利|王旭新|吕赛飞|曾宪婷|严梦婷|吕晨旭|卢仁|苏英玉|童仁|吕亚楠|侯学燕河南医科大学药学院,新乡,453003,中国摘要肿瘤复发、转移以及术后伤口愈合障碍是严重阻碍癌症治疗效果的临床难题。为了解决这些问题,通过氧化羧甲基纤维素(OCMC)、羧甲基壳聚糖(CMCS)和多巴

  
石永利|王旭新|吕赛飞|曾宪婷|严梦婷|吕晨旭|卢仁|苏英玉|童仁|吕亚楠|侯学燕
河南医科大学药学院,新乡,453003,中国

摘要

肿瘤复发、转移以及术后伤口愈合障碍是严重阻碍癌症治疗效果的临床难题。为了解决这些问题,通过氧化羧甲基纤维素(OCMC)、羧甲基壳聚糖(CMCS)和多巴胺纳米颗粒(PDA NPs)之间的Schiff碱反应,合成了一种新型载多柔比星(DOX)的光热水凝胶(CCPD)。CCPD方案结合近红外激光(NIR,808 nm)照射(CCPD + NIR),通过多柔比星的化疗与PDA NPs的光热疗法(PTT)的联合应用,在预防4T1肿瘤复发方面表现出显著效果。具体而言,多柔比星在肿瘤部位的持续积累确保了持续的抗肿瘤活性,而局部高温引起的残留肿瘤细胞消融则最小化了复发风险。此外,未负载药物的水凝胶(CCP)在NIR照射下(CCP + NIR)也促进了伤口愈合,加速了术后肿瘤切除部位的恢复。这些发现共同凸显了CCPD + NIR方案的双重功能:不仅有效防止了肿瘤复发和转移,还促进了伤口愈合,弥合了有效肿瘤治疗与术后组织再生之间的关键差距。这种多功能治疗策略通过优化综合肿瘤治疗和术后康复方案,为改善癌症患者的预后提供了有希望的方法。

引言

乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤之一,术后复发和转移仍是治疗失败和患者死亡的主要原因[1,2]。尽管传统策略如手术切除、化疗和放疗可以有效去除原发肿瘤,但往往无法完全消除残留的微病灶,最终导致肿瘤复发[3,4]。更糟糕的是,全身化疗常引起严重的副作用,导致患者预后不良[5,6]。在这种情况下,光热协同原位水凝胶疗法(PSHT)作为一种对抗乳腺癌复发和转移的有前景的方法受到了关注。该策略具有高靶向效率和增强的治疗效果,为临床肿瘤治疗开辟了新的方向[[7], [8], [9], [10]]。
PSHT通过将光热疗法(PTT)与基于水凝胶的控制药物释放系统相结合,实现了“局部消融和长期肿瘤抑制”的协同效应[11,12]。常用的光热剂包括多巴胺纳米颗粒(PDA NPs)[13,14]、金属纳米颗粒[[15], [16], [17]]和黑磷[18,19]。这些光热剂在近红外(NIR)激光照射下能有效地将光能转化为热能,使目标肿瘤组织的温度升高至42-48°C。这种热效应通过破坏肿瘤细胞的DNA和诱导蛋白质变性实现原位消融。同时,水凝胶作为化疗药物[20,21]、免疫调节剂[22]和其他治疗分子的载体[23],在光热刺激下实现可控的药物释放,不仅消除了手术后的残留微肿瘤,还降低了复发的可能性。此外,PTT诱导的细胞凋亡促进了肿瘤相关抗原的释放,从而触发身体的抗肿瘤免疫反应。这一过程建立了光热-免疫协同机制,有助于防止远处肿瘤的转移。
为了实现临床转化,理想的光热水凝胶平台应满足几个关键要求,包括良好的生物相容性[24,25]、原位凝胶化能力[26,27]、高光热转换效率[28,29]和可控的持续药物释放[30,31]。与传统化疗放疗相比,基于水凝胶的疗法对正常组织的损伤较小,减轻了副作用(如骨髓抑制和胃肠道紊乱),并在动物研究中提高了整体生存率。然而,一些光热纳米材料的长期生物安全性、药物装载不足、释放控制不精确以及现有水凝胶的可降解性不佳等问题仍限制了其进一步应用。因此,开发具有更强抗复发和抗转移能力的光热水凝胶系统对于推动临床转化至关重要。
为了解决乳腺癌术后治疗的现有局限,我们使用多巴胺纳米颗粒(PDA NPs)、羧甲基壳聚糖(CMCS)和氧化羧甲基纤维素(OCMC)作为水凝胶基质,通过Schiff碱交联法制备了一种载多柔比星的热敏原位水凝胶(CCPD)。进一步结合近红外照射(CCPD + NIR),构建了一个具有改进生物相容性的综合治疗平台,旨在抑制乳腺癌复发和转移,同时加速伤口愈合。一个关键创新在于合理引入PDA NPs。它们的高比表面积增强了与OCMC的相互作用,促进了Schiff碱反应,提高了交联密度。结果,该水凝胶的机械强度和结构稳定性优于传统水凝胶。从机制上讲,该系统通过持续局部释放多柔比星(DOX)和PDA介导的光热消融,在NIR照射下发挥协同抗肿瘤作用。同时,轻微的光热效应促进了细胞增殖和迁移,有助于伤口修复。总之,CCPD + NIR系统为乳腺癌的全面术后管理提供了有前景的集成策略(见图1)。综上所述,CCPD + NIR系统集成了抗复发、抗转移和原位伤口修复功能。与之前仅具有单一功能或不稳定消融效果的系统不同,我们的水凝胶可靠有效地抑制了全身转移、复发和伤口修复(见表S1,支持信息)。它可通过注射方便应用,并表现出优异的临床兼容性。这种一体化设计为术后乳腺癌管理提供了有希望的方法。

章节片段

材料

羧甲基纤维素钠(CMC-Na,表S2,图S1)、羧甲基壳聚糖(CMCS,表S3)、过碘酸钠(NaIO4)、盐酸多巴胺(DA)、多柔比星(DOX)和4-(4, 6-二甲氧基-1, 3, 5-三嗪-2-基)-4-甲基吗啉鎓氯化物(DMTMM)购自InnoChem(北京,中国)。2-吗啉乙磺酸(MES)缓冲液(pH 5.5,100 mmol/L)由Phygene Biotechnology Co, Ltd.(福建,中国)提供。3-(4,5-二甲噻唑-2-基)-2,5-二苯四唑溴化物(MTT)

OCMC是一种凝胶化聚合物,通过使用NaIO4作为氧化剂进行合成(图1a)。为了确认其结构,对合成的OCMC进行了1H NMR谱分析(见图1b)。3.0-5.0 ppm范围内的质子信号对应于糖环上的特征氢原子,而5.4 ppm处的峰来自OCMC链中醛基和羟基之间的反应形成的半缩醛质子。这些光谱特征

总之,CCPD + NIR方案表现出显著的功能性。一方面,由于局部化疗积累和热疗介导的肿瘤消融的协同作用,它有效抑制了体内 4T1肿瘤的复发和转移;另一方面,它还具有理想的促愈合效果,解决了肿瘤切除后组织修复障碍的临床问题。这些研究证实,CCPD + NIR方案克服了单一模式的局限性

石永利:概念构思、资金获取、项目管理、监督、初稿撰写、审稿与编辑。王旭新:研究、方法学、资源、软件、验证、可视化。吕赛飞:研究、方法学、软件、验证、可视化。曾宪婷:研究、方法学、验证、可视化。严梦婷:研究、方法学、资源、软件。吕晨旭:监督、可视化。卢仁:监督。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

本工作得到了河南省自然科学基金(编号:252300423175)、河南省高等教育机构重点项目(编号:26A350003)和大学生创新创业培训计划(编号:S202510472036)的支持。

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