水凝胶，最新《Nature Nanotechnology》

发生在复杂解剖表面的癌症代表了一种独特且具有临床挑战性的情况。用全身给药的药物治疗原发性肿瘤通常没有显着益处。因此，手术切除代表了多模式治疗的一个重要方面，获得干净的组织边缘在技术上是不切实际的，残留的微观肿瘤病灶最终会导致疾病复发。表面填充水凝胶（SFH）被设计为用作主要治疗或辅助治疗以补充手术切除，特别是在留下大面积拓扑复杂组织的手术中。SFH设计的精髓是封装的microRNA (miRNA) 纳米颗粒，它们可以从水凝胶网络中释放出来，进入细胞并减弱癌症的致癌特征。因此，SFH的开发对复杂解剖表面癌症的治疗极具吸引力。

鉴于此，美国国立卫生研究院Chuong D. Hoang研究员和Joel P. Schneider 教授设计了一种基于肽的表面填充水凝胶 (SFH)，它可以在手术过程中通过注射器或喷雾输送到表面癌症或用作主要疗法。一旦应用，SFH能够根据手术过程中可能发生的组织形态变化来改变形状。植入的SFH释放由microRNA和内在无序肽组成的纳米颗粒，这些纳米颗粒进入癌细胞，减弱其致癌特征（图1）。相关工作以“Surface-fill hydrogel attenuates the oncogenic signature of complex anatomical surface cancer in a single application”为题发表在国际顶级期刊《Nature Nanotechnology》上。

图1 SFH在复杂表面癌症中的应用

肽-miRNA纳米颗粒的设计

作者制备了一种基于本质无序肽的新型RNA纳米颗粒。利用它们的无序状态与带相反电荷的RNA形成复合物。使用荧光素亚酰胺（FAM，6-羧基荧光素）标记的乱序miRNA作为模型（图2）。RNA纳米颗粒的生物物理特性可能会影响其吸收。改变电荷比（胺：磷酸盐，N：P）和肽1与miRNA的相应摩尔比，使所得粒子的电荷状态从+20改变到-17 mV。颗粒理化特性对H2052间皮瘤细胞进入和运输的影响显示带正电荷的粒子 (N:P 10:1, +20 mV) 通过内吞作用快速进入细胞并运输至酸性内体。带负电的粒子（N:P 1:1，–17 mV）能够进入细胞，但它们不会逃离酸性内体。颗粒通过冷冻电子显微镜显示球形形态，10:1（N:P）的平均直径约为150 nm，1:1 (N:P) 颗粒显示平均直径为 50 nm。10:1 (N:P) 颗粒能够比DharmaFECT或jetPEI更好地转染H2052细胞。

图2 miRNA纳米颗粒的工程、物理特性和转染功效

SFH的配方和机械特性

通过将miRNA纳米颗粒的盐水缓冲悬浮液添加到自组装肽的冰冷缓冲溶液 (pH 7.4) 并将所得混合物加热至37°C，即可轻松制备SFH（图3）。温度的升高促进了疏水驱动的肽自缔合，从而形成了包裹纳米颗粒的纤维状凝胶。SFH可以在较长时间段内以适度依赖于制剂中使用的肽的重量百分比的速率传递其有效载荷，但与RNA浓度无关。至少20 µg的miRNA可以封装在100 µl体积的SFH中，而不会引发纳米颗粒的任何显着聚集。SFH的机械刚度可以通过简单地调整用于自组装的肽3的量来调整。SFH通过多次施加应变循环显示剪切变薄/恢复，表明它可以喷洒到复杂表面解剖结构的组织上。共聚焦显微镜显示喷洒0.2 ml SFH会导致形成200-250 µm厚的薄膜。

图3 SFH的配方和物理特性

SFH的体内功效

SFH能够对Cy3标记的miRNA纳米粒子进行时间依赖性局部递送。SFH在与miRNA消耗相同的时间过程中降解，组织学显示降解的主要途径是吞噬作用。作者选择1 wt% SFH进行所有的体内功效研究，因为这比0.5 wt% SFH递送miRNA的持续时间略长。使用miRNA-215和miRNA-206纳米颗粒在四种间皮瘤临床前模型中评估SFH的治疗效果（图4）。在前三个复杂性增加的模型中，SFH被评估为原生大块肿瘤的主要治疗方法，因此代表了具有挑战性的临床情况。在第四个模型中，SFH被用作肿瘤切除后的佐剂，以研究其阻止肿瘤复发的能力。结果表明SFH可以在体内有效地将miRNA递送至肿瘤。使用弥散性原位腹膜模型研究SFH功效，其中癌症扩散到整个肠道并涉及具有复杂表面拓扑结构的器官（图5）。将表达荧光素酶的H2373细胞引入腹膜并使其传播超过1周。该模型近似于人类腹膜间皮瘤的解剖学表现。单次应用SFH递送miRNA-215或miRNA-206可显着延缓肿瘤进展并提高存活率。

图4 SFH的体内递送和抗癌作用

图5间皮瘤异种移植模型展示了SFH的治疗潜力

小结：作者证明了SFH对间皮瘤的疗效，间皮瘤是一种本质上抵抗传统疗法且预后不佳的癌症。除了新材料的开发之外，这项工作还提供了一个概念证明，即间皮瘤可能会受到肿瘤特异性miRNA试剂的局部递送的影响。这是一项重要的癌症相关发现，为改变间皮瘤的治疗模式奠定了基础，并在适当的时候改变了其他表面癌症。

https://www.nature.com/articles/s41565-021-00961-w

来源：高分子科学前沿

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