普魯士藍納米顆粒在腫瘤治療中的應用進展

劉 銳，王小巍 ，張紅艷，王東凱*

（1. 沈陽藥科大學 藥學院，遼寧 沈陽 110016；2. 沈陽藥科大學 中藥學院，遼寧 沈陽 110016）

近幾年，全球范圍內(nèi)腫瘤的發(fā)病率逐年上升，癌癥已經(jīng)成為嚴重威脅人類健康的疾病之一。因此，抗腫瘤藥物的研制刻不容緩。目前，以分子靶向藥物，單克隆抗體為代表的一系列創(chuàng)新藥物的臨床應用極大地提高了腫瘤的治療效果[1]。但由于腫瘤組織的特殊構(gòu)造以及傳統(tǒng)抗腫瘤藥物靶向性差的特點，加大了抗腫瘤藥物研發(fā)的難點。研究發(fā)現(xiàn)，納米醫(yī)學為解決這一問題提供了新的思路。納米粒具有粒徑小和表面功能穩(wěn)定的優(yōu)勢，為靶向腫瘤微環(huán)境提供了可能[2]，同時這種方法也彌補了傳統(tǒng)化療藥物的局限性，為藥物能夠靶向腫瘤細胞提供了一個理想的平臺[3]。

普魯士藍（Prussian blue, PB，圖 1）是混價過渡金屬六氰基鐵酸鹽（Fe3+4[Fe2+(CN)6]3·nH2O）的原型，是一種深藍色顏料[4]。在普魯士藍的組成結(jié)構(gòu)中，二價鐵和三價鐵離子之間以氰基相連，具有均一的晶格構(gòu)造[5]。這種晶格構(gòu)造使 PB 具有光物理、電化學和電致變色等優(yōu)異的特殊性能。同時 PB 具有合成過程簡單、所需原料價格低廉等優(yōu)勢；更重要的是 PB 具有高生物相容性，是FDA 批準的臨床上用于治療放射性中毒的藥物[6]。

Fig. 1 Iron hexacyanoferrate reacts with Fe2+ to form soluble PB compound [10]圖 1 六氰亞鐵與Fe2+反應生成可溶性PB 化合物[10]

據(jù)研究顯示，PB 納米微粒具有靶向作用，可以通過實體瘤內(nèi)高通透性和滯留效應（enhanced permeability and retention effect, EPR）被動靶向到腫瘤部位[7]；而且，PB 結(jié)構(gòu)中的 Fe3+和 Fe2+之間的電荷轉(zhuǎn)移，使 PB 在 NIR 區(qū)域顯示出強烈的近紅外吸收[8]，因此在遞送藥物的同時還可以進行成像。此外，PB 納米微粒的化學穩(wěn)定性相對較高，具有較高的生物安全性。上述相關研究為 PB 作為納米載體在腫瘤治療中的應用奠定了堅實的生物醫(yī)學基礎[9]。

1 普魯士藍作為納米載體在腫瘤治療中的應用

1.1 光熱治療

近紅外光熱治療是借助特殊納米材料在 NIR 區(qū)域有吸收的特性，將吸收的近紅外光能轉(zhuǎn)化為熱能從而殺死癌細胞的治療手段。由于近紅外光對人體的損害小，同時通過調(diào)節(jié)外部激光照射時的位置以及功率大小，可以準確定位并作用于腫瘤[11]。理想的光熱材料應該具有光熱轉(zhuǎn)化效率高，可在腫瘤部位積累等特點。目前常用的光熱材料有：金納米材料、碳納米材料、有機光吸收劑等。PB 由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)使其具有近紅外區(qū)的光吸收特性[12]，已經(jīng)成為新型激光引導試劑，被廣泛研究于腫瘤消融的應用中。

Xue 等[13]通過薄膜水合法將油酸修飾后的疏水性 PB 負載到聚乙二醇形成的納米“膠囊”中，制備了一種聚乙二醇修飾的磁性普魯士藍核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子（Fe3O4@PB/PEG/DOX）用于靶向光熱消融。這種納米粒子在 808 nm 激光照射下溫度可以升到 48 ℃，該溫度被證明是腫瘤的消融溫度[14]，實驗中采用周期性激光照射的方法考察了納米粒子的光熱穩(wěn)定性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)連續(xù)4 個照射周期內(nèi)，峰值溫度無明顯變化，這些都可以說明 PB 作為光熱劑具有良好的光熱轉(zhuǎn)化效率和光熱穩(wěn)定性。

Cheng 等[15]通過靜電吸附作用將合成的立方體 PB 表面包覆聚乙二醇（Prussian blue polyethylene glycol, PB-PEG NCs），該納米粒在各種生理溶液中都具有很高穩(wěn)定性。利用 PB 近紅外吸收的特性，進行體內(nèi)腫瘤治療。將 PB-PEG NCs 注射進腫瘤模型小鼠，然后用近紅外激光照射腫瘤，與注射生理鹽水組的小鼠相比，注射納米粒小鼠的腫瘤大小明顯降低。并且，在測試的劑量下，PB-PEG NCs 在兩個月內(nèi)對小鼠沒有明顯的毒性。這也再一次證明 PB 納米材料具有較高的生物相容性，可以作為光熱轉(zhuǎn)換劑用于腫瘤光熱治療。

1.2 基因治療

基因治療是通過引入外源性核酸永久或暫時取代缺陷基因的一種新興技術(shù)[16]。腫瘤的基因治療是指將目的基因?qū)胧荏w體內(nèi)有關的靶細胞內(nèi)，使其發(fā)揮特定的功能，從而執(zhí)行或介導對腫瘤的殺傷和抑制作用[17]。而基因治療藥物存在被體內(nèi)的核酸酶降解和靶向性差的問題，納米載體為此提供了解決方案。

Liu 等[18]設計了一種多功能 PB 納米熱敏平臺，首先將 PB 表面包覆一層聚乙酰亞胺，使其表面呈正電荷，然后通過靜電作用將顯負電荷的具有治療作用的質(zhì)粒 DNA（HSP70-P53-GFP）負載到 PB 上。研究結(jié)果表明，負載質(zhì)粒的 PB NCs 具有良好的形態(tài)特征，并且在弱近紅外激光照射下，產(chǎn)生的熱效應能夠誘導 HSP70 啟動子調(diào)控真核表達質(zhì)粒中目的基因 p53 的表達效率，從而殺滅腫瘤細胞，實現(xiàn)了基因治療與光熱治療的協(xié)同作用。

Wang 等[19]使用 PB 作為納米載體，將一種 DNA 藥物導入癌細胞，這種 DNA 藥物是一種核苷酸（decoyoligodeoxyuncleotide, dODN），可抑制信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子 3（signal transducer and acyivator of transcripyion, STAT3）。結(jié)果表明 dODN 分子成功的進入到腫瘤細胞，并且可以在細胞內(nèi)的胞質(zhì)區(qū)和核區(qū)均勻分布。同時研究發(fā)現(xiàn)隨著 dODN 與 PBNPs 的結(jié)合量以及 DNAPBNPs 藥物的內(nèi)化劑量的增加，對腫瘤細胞的殺傷能力增強。

1.3 化學治療

化學治療是指利用化學藥物殺死腫瘤細胞從而達到腫瘤治療的方式，是目前腫瘤治療最有效的手段之一[20]。多項研究表明納米載體利用納米材料特有的生物學效應—EPR 效應，有助于化學藥物到達腫瘤部位。這種效應能夠?qū)⒓{米載體被動靶向運輸?shù)侥[瘤組織，有利于負載在納米載體上的藥物發(fā)揮抗腫瘤作用。

Jing 等[21]將 10-羥基喜樹堿負載到透明質(zhì)酸接枝聚乙二醇修飾的普魯士藍中空納米顆粒中。通過對腫瘤小鼠體質(zhì)量變化、組織學損傷和血液生化指標的研究，結(jié)果表明該納米制劑具有良好的生物相容性。體外和體內(nèi)實驗均證明，負載 10-羥基喜樹堿的透明質(zhì)酸修飾普魯士藍納米?？梢詫⒛[瘤藥物靶向性地運輸?shù)侥[瘤細胞中，并且表現(xiàn)出光熱化學聯(lián)合治療的優(yōu)勢，與單獨使用任何一種治療方式相比，具有更好的療效。

Chen 等[22]通過疏水作用將藥物阿霉素（doxorubicin, DOX）包埋在聚乙二醇基化的 PB 納米粒子中，形成聚乙二醇化的 PB-DOX 納米粒子。研究表明該納米粒具有高包封率和載藥量，并且聚乙二醇有良好的生物相容性和低細胞毒性，可以將更多的阿霉素運輸?shù)侥[瘤組織中，達到化學藥物靶向治療腫瘤的效果。

2 普魯士藍作為造影劑在腫瘤診斷中的應用

2.1 磁共振成像

磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）是根據(jù)生物磁性核（氫核）在磁場中表現(xiàn)的特性進行成像的新技術(shù)[23]。因 MRI 具有良好的軟組織分辨率、多方位成像、多參數(shù)功能成像等優(yōu)點，逐漸成為腫瘤診斷的重要影像學檢查方法[24]。而在臨床癌癥檢查中為了提高病變部位與正常組織的成像對比度，常會使用到造影劑改變馳豫時間。普魯士藍中存在 Fe2+和 Fe3+混合價態(tài)的六氰合鐵酸鹽，每個結(jié)構(gòu)單元中存在 5 個未配對電子。這種特殊的結(jié)構(gòu)，可以縮短 MRI 的橫向或縱向弛豫時間，從而提高成像的對比度，故 PB 可作為造影劑應用于磁共振成像中[17]。

Fu 等[25]研制出了一種超順磁性 Fe3O4納米核周圍生長 3～6 nm 普魯士藍（PB）納米殼的核-殼納米粒用于磁共振成像。體內(nèi)外實驗均證明，空白納米?？稍鰪?T2 加權(quán)磁共振成像的對比度。而具有 Pb 納米殼結(jié)構(gòu)的納米粒有著更強的磁共振呈像的作用。Cheng 等[15]開發(fā)出基于普魯士藍結(jié)構(gòu)的納米立方體，不僅具有光熱治療的效果，而且可用于體內(nèi)T1 加權(quán)磁共振成像。綜上可知 PB 為腫瘤成像引導的癌癥治療創(chuàng)造了巨大前景。

2.2 光聲成像

光聲成像（photoacoustic imaging, PAI）是近年來迅速發(fā)展起來的一種依賴于生物組織光吸收的無創(chuàng)、低成本的成像技術(shù)，可以彌補現(xiàn)有成像模式的缺陷，并提供目前無法獲得的診斷信息[26]。光聲成像的原理如下，當激光照射生物組織時，組織吸收能量，同時受熱膨脹產(chǎn)生壓力變化，進而激發(fā)聲波，產(chǎn)生光聲信號，最終成像[27]。由于 PB 在近紅外區(qū)域有著強吸收，因此可以作為光聲成像的造影劑。

Cheng 等[28]以成像和治療效果一體化為目標，構(gòu)建了一種同時具有 PAI 和光熱治療（photothermal therapy, PTT）良好性能的載藥系統(tǒng)。該系統(tǒng)將 PB 裝載于 pH 響應性水凝膠中，這種水凝膠只有在酸性條件下降解。伴隨著水凝膠的降解，PB 在腫瘤部位聚集，在近紅外燈的照射下，聚集的 PB 有著良好的 PAI 性能，從而發(fā)揮成像的功能。

3 結(jié)論

普魯士藍作為 FDA 批準的治療鉈和銫等重金屬中毒的口服藥物，由于其良好的生物相容性和可靠的臨床安全性，如今已經(jīng)被開發(fā)成為一種新型納米載體，廣泛用于光熱治療、化學治療、基因治療、腫瘤磁共振和光聲成像。相信隨著研究的不斷深入，早日實現(xiàn)普魯士藍的臨床應用。