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ACS Nano | RNA纳米颗粒的类橡胶性质用于增强肿瘤靶向性和降低毒性

发布时间:2020-10-16 16:14     文章来源:未知     作者:百替生物

核酸凭借其独特的理化性质在纳米生物材料领域已得到广泛的研究,俄亥俄州立大学综合癌症中心的郭培宣教授在《ACS Nano》上发表了一篇题为:RNA Nanoparticles as Rubber for Compelling Vessel Extravasation to Enhance Tumor Targeting and for Fast Renal Excretion to Reduce Toxicity的研究论文,研究表明RNA纳米颗粒具有的弹性变形虫特性能够使其拉伸、收缩并恢复正常形状,这些特性使其能够通过薄弱的肿瘤血管壁并进入肿瘤组织,从而提高肿瘤靶向性并快速从肾脏排泄。

研究者们首先证明了RNA结构类似橡胶一样的收缩和反弹能力,在外力作用下呈现出类似于橡胶的力度弹缩曲线。RNA纳米结构可通过光镊技术拉伸和收缩,具有像橡胶一样的反复多次延伸和收缩的性质。

之后通过比较不同纳米颗粒在肿瘤、肾脏、肝脏中的保留时间来证明RNA纳米颗粒的橡胶性质。纳米颗粒由于纳米尺寸而显示出EPR效果,为了定量研究这种特性,研究者定量比较了RNA纳米颗粒与固体无极纳米结构的肿瘤吸收、器官保留和肾脏清除率。将RNA纳米颗粒和金、铁纳米颗粒对小鼠进行静脉注射,8h后发现他们在肿瘤的保留方面出现很大差异,通过对比可以看出RNA纳米粒子具有更高的肿瘤与肝脏和肿瘤与肾脏比率,均质器官的样品数据与离体结果一致,这些结果支持了RNA纳米颗粒的类橡胶性质的假设,并导致更强的EPR效应。

图5. 通过比较在器官中的保留时间来证明RNA纳米颗粒的类橡胶性质(a)Cy5.5标记的纳米颗粒注射入KB异种移植的小鼠(b)用a中图像对生物分布进行定量分析(c)从均质器官样品中定量分析

接下来通过全身成像对RNA纳米粒子的类橡胶特性进行证明,将不同大小的纳米颗粒静脉注射到小鼠体内,在0.5、1、2、4、8、12h对小鼠进行全身成像(图6),纳米颗粒尺寸越大,内循环时间越长,最终都从肾脏排出。

图 6. 对接种的小鼠进行全身成像证明RNA纳米颗粒的类橡胶特性,可用于快速清除和肾脏排泄等

为了进一步确认RNA纳米颗粒在肾脏排泄中的橡胶性质,文中对小鼠注射入了不同大小的纳米颗粒,并收集小鼠尿液进行研究。肾脏排泄的上限为5.5nm,注射0.5h后收集尿液用PAGE检测,可以看到完整的RNA纳米颗粒,但是纳米颗粒的尺寸要大于肾脏排泄的尺寸,这表明RNA纳米颗粒可能会调整其形状以适应并穿过滤缝,并在经过后像橡胶一样恢复其原始结构。

总的来说,该研究对RNA纳米颗粒橡胶和变形虫特性的发现解释了:(1)为什么RNA纳米颗粒具有异常高的肿瘤靶向效率,因为它们的类橡胶变形特性使其能够更容易通过肿瘤组织的血管壁渗透进入肿瘤组织并长期滞留;(2)为什么RNA纳米颗粒具有良好的安全性,因为它们可以通过肾脏排泄迅速从体内清除到尿液中,而在体内几乎没有积累。
参考文献:
[1] Chiran Ghimire, et al. RNA Nanoparticles as Rubber for Compelling Vessel Extravasation to Enhance Tumor Targeting and for Fast Renal Excretion to Reduce Toxicity. ACS Nano. 2020. DOI: 10.1021/acsnano.0c04863.

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