Starvation-amplified CO generation for enhanced cancer therapy via an erythrocyte membrane-biomimetic gas nanofactory

通過紅細胞膜仿生氣體納米工廠實現(xiàn)饑餓放大的一氧化碳生成用于增強癌癥治療

來源：Acta Biomaterialia, volume 92, 2019，pages 241-253

《生物材料學報》，第92卷，2019年，頁碼241-253

 

摘要

這篇論文研究了一種紅細胞膜仿生的氣體納米工廠（MGP@RBC）用于增強癌癥治療。摘要指出，一氧化碳（CO）氣體療法是一種有前景的癌癥治療策略，但面臨原位觸發(fā)和高效遞送的挑戰(zhàn)。該研究將葡萄糖氧化酶（GOx）和CO供體（Mn2(CO)10）封裝在PLGA聚合物中，并用紅細胞膜包裹，形成仿生納米工廠。紅細胞膜延長了血液循環(huán)時間，增加腫瘤積累。在腫瘤部位，GOx催化葡萄糖產生過氧化氫（H2O2），觸發(fā)CO釋放，導致線粒體功能障礙和癌細胞凋亡，同時消耗葡萄糖餓死腫瘤細胞。體外和體內實驗表明，該納米工廠通過協(xié)同能量饑餓和CO氣體療法有效抑制腫瘤生長。

 

研究目的

研究目的是開發(fā)一種能原位放大CO生成的仿生氣體納米工廠，解決CO治療中遞送效率低和系統(tǒng)性毒性問題，通過結合能量饑餓療法和氣體療法增強癌癥治療效果。

 

研究思路

研究思路是構建紅細胞膜包裹的納米顆粒（MGP@RBC），核心封裝GOx和MnCO。通過表征納米顆粒的物理化學性質，評估其cascade反應（葡萄糖催化產生H2O2并觸發(fā)CO釋放）。進行體外實驗測試細胞攝取、毒性、線粒體功能影響和凋亡機制。在體內評估藥代動力學、腫瘤積累、抗腫瘤效果和生物安全性，驗證協(xié)同治療機制。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 納米顆粒表征數(shù)據(jù)來自圖2，包括TEM圖像、尺寸分布和zeta電位。研究意義是證實紅細胞膜成功包裹，形成核心-殼結構，提高穩(wěn)定性和免疫逃避能力，為體內應用奠定基礎。

 

2 Cascade反應數(shù)據(jù)來自圖3，包括氧氣消耗、H2O2生成和CO釋放。研究意義是驗證GOx催化葡萄糖產H2O2，并觸發(fā)MnCO釋放CO，實現(xiàn)原位放大氣體生成，確保治療特異性。

 

3 細胞攝取數(shù)據(jù)來自圖4，包括癌細胞和巨噬細胞的熒光成像和流式細胞術。研究意義是顯示紅細胞膜減少巨噬細胞攝取，延長血液循環(huán)，同時維持癌細胞有效內化，增強腫瘤靶向。

 

4 細胞毒性和機制數(shù)據(jù)來自圖5和圖6，包括CO生成、H2O2水平、細胞活力和線粒體膜電位。研究意義是證明協(xié)同作用顯著抑制細胞增殖，誘導線粒體功能障礙和凋亡，明確治療機制。

 

 

5 體內分布和藥代動力學數(shù)據(jù)來自圖7，包括熒光成像和血液清除曲線。研究意義是顯示紅細胞膜增強腫瘤積累和滯留，延長半衰期，提高治療效率。

 

6 抗腫瘤效果數(shù)據(jù)來自圖8，包括腫瘤體積、重量和組織學分析。研究意義是證實MGP@RBC有效抑制腫瘤生長，減少增殖標志物Ki67，增加凋亡標志物Bax，驗證協(xié)同療效。

 

7 生物安全性數(shù)據(jù)來自圖9和圖10，包括器官H&E染色、血糖水平和血液參數(shù)。研究意義是表明納米工廠無顯著毒性，不影響正常生理功能，保障臨床轉化潛力。

 

 

結論

論文得出結論，紅細胞膜仿生氣體納米工廠能有效放大腫瘤內CO生成，通過協(xié)同能量饑餓和氣體療法顯著抑制腫瘤生長。納米工廠具有良好靶向性、穩(wěn)定性和生物安全性，為CO氣體治療提供了一種高效、安全的遞送策略，具有臨床轉化前景。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense氧氣微傳感器測量的數(shù)據(jù)是氧氣濃度變化（圖3b），用于量化GOx催化葡萄糖消耗氧氣的過程。研究意義在于精確監(jiān)測納米工廠的催化活性，驗證其在腫瘤微環(huán)境中通過耗氧促進H2O2生成的能力。這種實時、準確的氧氣測量確保cascade反應的有效性，為CO釋放提供關鍵觸發(fā)信號，強調納米工廠在可控氣體治療中的功能可靠性，支持機制研究的嚴謹性。