氫分子氣體療法作為一種新興且前景廣闊的療法策略，與其他氣體療法途徑相比，特別是在生物安全性方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，但由于氫氣溶解度低、在體內(nèi)擴(kuò)散性高但無(wú)目標(biāo)定向性，目前面臨著在長(zhǎng)期、高濃度、針對(duì)深部病變部位遞送氫氣方面的巨大挑戰(zhàn)。對(duì)此，我們提出構(gòu)建一種負(fù)載氨硼烷的介孔二氧化硅納米藥物（AB MSN），以實(shí)現(xiàn)氫氣在瘤內(nèi)的高載量遞送和原位酸控釋放。所構(gòu)建的AB MSN納米藥物具有超高的氫氣負(fù)載能力（130.6 mg/g，比傳統(tǒng)的脂質(zhì)體包裹氫氣納米藥物H2 liposome高出1370倍以上），并表現(xiàn)出高度酸響應(yīng)性的緩釋行為，在體外和體內(nèi)均展現(xiàn)出高效的抗癌活性和高生物安全性。所提出的這種基于納米藥物的策略，為精準(zhǔn)高效氫療法開(kāi)辟了新途徑。

1引言

氫氣被廣泛證明具有抗炎和抗癌作用，在調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡方面具有重要的生理功能，包括選擇性治療病變細(xì)胞和保護(hù)正常細(xì)胞。一個(gè)眾所周知的機(jī)制是氫氣具有正確的抗氧化能力，可選擇性地減少高度氧化的有毒自由基，如羥自由基。氫氣獨(dú)特的生物安全性使氫氣療法成為一種新興的、前景廣闊的治療策略。氫氣的傳統(tǒng)給藥途徑主要包括吸入氫氣、口服富氫水和注射富氫鹽水。這些途徑接觸首過(guò)組織的幾率較高，治療肺部和腸道疾病的療效較好，但治療其他深部疾病的效果有限。這主要是因?yàn)檫@些傳統(tǒng)給藥途徑很難將氫氣輸送/集中到深層疾病部位，原因是氫氣在體內(nèi)的擴(kuò)散性很高，但卻漫無(wú)目的。解決方案之一是使用原藥負(fù)載納米藥物在疾病部位進(jìn)行高負(fù)載輸送和原位控制釋放氫氣。

最近，He等人利用一種微氣泡來(lái)共同負(fù)載碳氟化合物和氫氣，以實(shí)現(xiàn)氫氣的輸送和超聲控制釋放。然而，微氣泡的氫氣負(fù)載能力相當(dāng)?shù)?1.46mM)，且氫氣負(fù)載微氣泡的穩(wěn)定性較差(僅穩(wěn)定10分鐘左右)。Chia和Sung等人利用脂質(zhì)體共同負(fù)載金納米粒子、抗壞血酸(AA)和葉綠素，進(jìn)行光催化產(chǎn)生氫氣。然而，該系統(tǒng)的產(chǎn)氫量受限于脂質(zhì)體的抗壞血酸負(fù)載量(1.8mM)和抗壞血酸的活性氫含量(1.1wt.%)，且該系統(tǒng)的光催化脫氫依賴于外源紫外/可見(jiàn)光的照射，可能導(dǎo)致明顯的光毒性和有限的治療深度。因此，實(shí)現(xiàn)H2氣體的高負(fù)載輸送和內(nèi)源性刺激控制釋放對(duì)提高療效至關(guān)重要，但仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

在這項(xiàng)工作中，我們使用氨硼烷(AB)作為生產(chǎn)H2的原藥，因?yàn)樗粌H具有相當(dāng)高的儲(chǔ)氫能力(10wt.%)，還能以酸反應(yīng)的方式分解成H2氣體，這也是我們?cè)谶@項(xiàng)工作中首次發(fā)現(xiàn)的。此外，我們還利用介孔二氧化硅納米粒子(MSN)的高比表面積和良好的生物相容性，將其作為一種先進(jìn)的藥物載體，有效地負(fù)載AB(653mg/g)。所構(gòu)建的納米藥物(AB MSN)具有超高的H2負(fù)載能力(130.6mg/g)、對(duì)瘤內(nèi)酸微環(huán)境的高響應(yīng)性(可持續(xù)釋放H2超過(guò)2天)、高癌癥治療效果以及高生物安全性。

2結(jié)果與討論

圖1 MSN的SEM(A)和TEM(B)圖像以及DLS圖樣(C)。A和B中的比例尺分別為1μm和100nm。

圖2 AB、MSN和AB MSN的傅立葉變換紅外光譜表征(A)，以及用于計(jì)算藥物載量的藥物載量百分比與透射強(qiáng)度比I2330nm/I1088nm的標(biāo)準(zhǔn)曲線(B)。

通過(guò)SEM、TEM和DLS技術(shù)對(duì)所獲得的納米載體MSN的形態(tài)、尺寸和介孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征(圖1)。SEM、TEM和DLS數(shù)據(jù)均表明合成的MSN具有相當(dāng)均勻的尺寸和良好的單分散性。從SEM和TEM圖像(圖1A和B)來(lái)看，MSN的粒徑約為50nm，而水合直徑MSN則稍大(65nm，圖1C)，這是由于表面負(fù)電荷和硅醇(圖2A中960cm-1處的IR峰)與水之間的氫鍵作用。我們和牟教授的研究小組發(fā)現(xiàn)，50nm(SEM/TEM尺寸)是細(xì)胞吸收效率最高的MSN的最佳尺寸。此外，MSN已被證明具有良好的生物相容性，因此是一種極佳的藥物傳輸納米載體。從圖1B的TEM圖像中可以發(fā)現(xiàn)，MSN具有高度介孔結(jié)構(gòu)，孔徑約為2nm，有利于藥物的高負(fù)載和持續(xù)釋放?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，研究人員利用50nm單分散MSN作為藥物載體，吸附/包封氫氣原藥AB，構(gòu)建了納米藥物(AB MSN)。從BET數(shù)據(jù)(圖S1)中還可以發(fā)現(xiàn)，MSN的介孔在吸附AB后被堵塞，這表明AB已被很好地包裹在MSN的介孔通道中。紅外法測(cè)得MSN的AB負(fù)載能力高達(dá)每1克MSN 653毫克AB(圖2B)，與ICP結(jié)果(B:Si的質(zhì)量比=0.494)一致，對(duì)應(yīng)于超高的H2負(fù)載能力(每克MSN 130.6毫克H2)。

方案1 AB MSN納米藥物的構(gòu)建方法及酸響應(yīng)分解和H2釋放機(jī)理示意圖。

如方案1所示，如此高的載藥量幾乎達(dá)到了MSN的最大理論載藥量，這可能歸功于MSN的高比表面積和對(duì)AB的強(qiáng)氫鍵吸附。值得注意的是，AB MSN納米藥物的H2負(fù)載能力是傳統(tǒng)H2溶劑脂質(zhì)體納米藥物的1370多倍。如此高的有效載荷對(duì)提高氫氣療效和減少載體MSN的用量非常有利。此外，紅外光譜數(shù)據(jù)也顯示AB與MSN的特征峰重疊(圖2A)，說(shuō)明AB很好地包裹在MSN中。在圖2A的插圖中，AB MSN在1088cm-1處的肩峰(用綠線標(biāo)出)反映了MSN的少量存在。最重要的是，AB的所有特征峰在被MSN加載后都得到了很好的保持，這表明AB在MSN中是穩(wěn)定的，沒(méi)有發(fā)生分解。