细胞穿膜肽 TAT 和可断裂 PEG 共修饰的载.doc
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1、细胞穿膜肽 TAT 和可断裂 PEG 共修饰的载阿霉素脂质体的制备及优化袁雯旻,蒯锐,唐洁,冉瑞,傅灵,杨玉婷,刘亚圆,付寒,何勤5(四川大学华西药学院靶向药物及释药系统教育部重点实验室,成都 610041) 摘要:高效的肿瘤靶向递药系统的研发依然是肿瘤学上的一个难题。本课题的前期研究成功 的构建了细胞穿膜肽 TAT 和可断裂 PEG 共修饰的脂质体,该脂质体具有良好的肿瘤蓄积性, 同时在加入还原剂断裂 PEG 后,内层 TAT 暴露,可控的介导脂质体高效入胞。在此研究的 基础上,本课题对共修饰脂质体中可断裂 PEG 的链长及密度进行了进一步优化,通过体外10细胞摄取情况筛选出对内层 TAT
2、屏蔽效果最好的脂质体处方。用优化后的脂质体处方包载 抗肿瘤药物阿霉素(DOX),并筛选最佳制备工艺。制备出稳定性好,载药量高的脂质体,为 该载药系统进一步的体内抗肿瘤应用奠定基础。关键词:药剂学;共修饰;TAT;可断裂 PEG;脂质体中图分类号:R94415The preparation and optimization of doxorubicin-loaded liposomes co-modified with cell penetrating peptide TAT and cleavable PEGYUAN Wenmin, KUAI Rui, TANG Jie, RAN Rui, F
3、U Ling, YANG Yuting,20LIU Yayuan, FU Han, HE Qin(Key Laboratory of Drug Targeting and Drug Delivery Systems, Ministry of Education, WestChina School of Pharmacy, Sichuan University, ChengDu 610041)Abstract: The development of high efficient tumor targeted drug delivery system is still one of the mos
4、t difficult challenges in oncology. Previously, we developed a cell penetrating peptide TAT25and cleavable PEG co-modified liposome delivery system (C-TAT-Lipo), which could accumulatein tumor and then deliver its cargoes into tumor cell efficiently when the TAT was exposed with the addition of cyst
5、eine through a controllable manner. In this study, to achieve the best shielding effect over TAT, the C-TAT-Lipo was optimized through the cellular uptake levels of a series of liposomes modified with different chain lengths and densities of PEG before anticancer drug30Doxorubicin (DOX) was encapsul
6、ated. After the preparation method was optimized, theobtained doxorubicin encapsulated liposomes possessed good stability and high drug loading, which was prepared for the anti-tumor application of the liposomes in vivo.Keywords: pharmaceutics; co-modified; TAT; cleavable PEG; liposomes350引言理想的肿瘤靶向给
7、药系统,需要同时具有高效的肿瘤蓄积能力和强入胞作用。在脂质体 表面修饰聚乙二醇,可显著延长脂质体的循环时间,通过 EPR 效应(Enhanced permeability and retention effect)1-2使肿瘤蓄积增加3-5,但 PEG 的存在同时也阻碍了脂质体与肿瘤细胞 的相互作用,使药物无法有效的被递送到肿瘤细胞内发挥抗癌活性。为克服这一弊端,近年40来开发出一系列可断裂 PEG 技术,包括:pH 敏感型6-7,酶敏感型(如 MMP(matrix metalloproteinases ,基质金属蛋白酶)、酯酶等)8-10,还原敏感型等11-12,对于还原敏感 型可断裂 PE
8、G 构建的脂质体,主要通过二硫键作为桥接分子连接 PEG 和脂质材料,当脂质基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20090181110083) 作者简介:袁雯旻,(1982-),女,博士研究生,新型给药系统与靶向制剂。 通信联系人:何勤,(1968-),女,教授,新型给药系统与靶向制剂。E-mail: qinhe317体在肿瘤部位高度蓄积后,通过外源性给予还原剂如半胱氨酸等,就可使 PEG 从脂质体表面断裂开来,还原敏感型可断裂 PEG 策略具有材料合成简单,断裂易于控制等优越性。TAT45肽作为一种强效的细胞穿膜肽(cell penetrating peptide,CPP)被修饰于脂质
9、体后可以促进脂质 体高效入胞13-15,但 TAT 的非选择特异性导致其肿瘤蓄积较低。在前期研究中,我们构建了 TAT 和可断裂 PEG 共修饰的脂质体,体内外实验结果显示, 该脂质体提高了肿瘤蓄积以及进入肿瘤细胞的效率16-17。本课题中,我们将对 TAT 和可断裂 PEG 共修饰脂质体中外层遮挡 PEG 的链长及密度50做进一步筛选。合成不同链长的遮挡 PEG 材料 DSPE-PEG-OMe 并制备脂质体,通过其体外 细胞的摄取情况,最终筛选出对内层 TAT 屏蔽充分的最佳脂质体处方。在该最优脂质体处 方确定之后,制备可断裂的载阿霉素(DOX)脂质体。以粒径,电位,包封率为指标,通 过单因
10、素实验对制备工艺进行优化,最终制备出载药量高,体内外稳定的 TAT 和可断裂 PEG 共修饰的载阿霉素脂质体,为该载药系统的体内抗肿瘤应用奠定基础。551材料1.1 药品和试剂大豆卵磷脂(磷脂酰胆碱(SPC)上海太伟药业,纯度95%),胆固醇(cholesterol,Cho, 成都科龙试剂有限公司);阿霉素(浙江海正药业股份有限公司);1,2-dimyristoyl-sn- glycero-3-phosphoethanolamine -N-(lissamine rhodamine B sulfonyl) (ammonium salt) (Rh-PE) (Avanti60lipids,美国);1
11、640 培养基(Gibco,美国);TritonX-100(北京华美生科生物技术有限公司); Sephadex-G50 (pharmacia);胎牛血清(FBS,天津复蒙); Bicinchoninic Acid (BCA)蛋白浓 度测定试剂盒(pierce,美国);牛血清白蛋白(BSA,国产);其他市剂均为市售分析纯。1.2 仪器ZHWY-100H 型恒温空气摇床(上海智城医疗仪器厂);RE-200B 型旋转蒸发仪(上海65亚荣生化仪器厂);恒温水浴锅(巩义市英峪予华仪器厂);SB-5200D 超声波清洗仪(宁 波新芝生物科技股份有限公司);AL204-IC 电子天平 (美国梅特勒-托利多仪
12、器有限公司); 超声细胞粉碎机(宁波新芝生物科技股份有限公司);RF-5301 荧光分光光度计(Shimadzu, 日本);Sizer Nano ZS90 型激光粒度仪及 ZETA 电位分析仪(Malvern instruments Ltd.英国); 细胞培养板(国产);CO2 培养箱(Thermo, 美国);SkanIt 生物发光仪(Thermo, 美国);70SW-CJ-ZFD 水平流净化工作台(苏州安泰空气技术有限公司);XD-RFL 倒置荧光显微镜(宁波舜宇仪器有限公司);凝胶分离检测系统(上海金达);2方法和结果2.1 脂质体制备参照文献12使用薄膜分散-超声法制备,将处方量的 SP
13、C,Cho,DSPE-PEG-TAT,75DSPE-PEG-OMe(其中磷脂与胆固醇的摩尔比为 65:35,脂质总量为 5.17umol)置 50ml 茄 形瓶中,氯仿溶解后旋转蒸发成膜,于真空干燥器中过夜,加入 2.5ml PBS 缓冲液 (pH7.4), 于空气浴摇床中,37,180rpm,20min 水化,水浴超声 5min 脱膜,探头超声(80W5S15 次)制备得到 TAT 和遮挡 PEG 共修饰的脂质体(脂质浓度 2.068mol/ml);其中,制备Rh-PE 标记的脂质体时,需在脂质材料中加入荧光标记的磷脂,用量为每份脂质体 20g;80859095100本课题中载阿霉素脂质体的
14、制备采用主动载药法18-20,如上所述,将脂质材料抽干成膜后, 加入 1mL 硫酸铵缓冲液,水化超声制备出均匀的小单室脂质体。将该 1mL 脂质体以一定的 缓冲液洗脱通过 Sephadex G50 凝胶柱替换外水相,收集脂质体组分于 2mL 容量瓶中,用外 水相缓冲液定容后,加入适量盐酸阿霉素水溶液,一定温度下孵育即得阿霉素脂质体。2.2 共修饰脂质体上外层遮挡 PEG 的链长及密度筛选2.2.1肿瘤细胞 C26 的体外培养小鼠结肠癌细胞株 C26 用含 10%FBS ,100 U/mL 链霉素和 100U/mL 青霉素的RPMI-1640 培养基(GBICO)培养于 37,5%CO2 条件中
15、,传代时以 0.125%胰酶消化21。2.2.2脂质体的细胞摄取实验将小鼠结肠癌细胞株 C26 计数后用 1640 培养基(10%胎牛血清,青霉素,链霉素100U/mL)接入 24 孔板,接种密度为 104/孔,24h 后加入不同处方的脂质体(n=3),孔内脂 质浓度为 0.30umol/mL,于 37,5%CO2,4h 孵育后,用冷 PBS(pH7.4)洗 3 遍,置倒置荧 光显微镜下观察,结果见图 1。定性观察结束后,按 250L /孔加入 1% Triton-X 100 水溶液, 于空气浴摇床中常温避光裂解细胞(150rpm,0.5h),定量取 200L 细胞裂解液于 96 孔板 中,用
16、 SkanIt 生物发光仪于 Ex=560nm, Em=578nm 处测定荧光强度,取 25L 裂解液使用 BCA 试剂盒(pierce)测定细胞总蛋白,以荧光强度与蛋白含量的比值(Fluorescence intensity/g protein)作为细胞对各脂质体处方摄取指数22。将无遮挡 PEG 的 TAT 脂质体(裸 DSPE-PEG-TAT 组)摄取指数设为 100%,计算各实验组对应的摄取比率(celllular uptake efficiency):摄取比率(%)=同链长有遮挡 PEG 的脂质体摄取指数/同链长无遮挡 PEG 的 纯 TAT 内层脂质体摄取指数100%,以摄取比率来
17、评价不同链长和密度的 DSPE-PEG-OMe 对内层 DSPE-PEG1000-TAT 的屏蔽效果(屏蔽率%=100%-摄取比率%),结果见图 2。105110图 1. Rh-PE 标记的不同处方脂质体的定性观察。1# 0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG1000; 2#0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG2000; 3# 0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG3000; 4#0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG5000; 5# (0.5+X%) DSPE-P
18、EG1000; X 为 2,4,6,8,10,12,14%.Fig.1 Qualitative analysis of different formulations of Rh-PE labeled liposomes. 1# 0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG1000; 2# 0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG2000; 3# 0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG3000; 4# 0.5% DSPE-PEG1000-TAT + X% DSPE-PEG5000; 5# (0.5+X%) D
19、SPE-PEG1000;X was 2,4,6,8,10,12,14 %, respectively.图 2 不同处方脂质体的细胞摄取比率。Data represent the meanSD (n=3)Fig.2 The cellular uptake efficiency of different liposomes. Data represent the meanSD (n=3)细胞摄取照片和定量测定的结果一致,均观察到以下现象:115120125130135A.DSPE-PEG-OMe 的屏蔽效果随着其密度的增加而增强,即使在同链长的组合中(0.5%DSPE-PEG1000-TAT +
20、X%DSPE-PEG1000-OMe 组),当 DSPE-PEG1000-OMe 用量高 达 14%时,遮挡 PEG 对共修饰脂质体的内层 TAT 也有较强的屏蔽效果;B.DSPE-PEG-OMe 的屏蔽效果随着其与内层 DSPE-PEG1000-TAT 链长差的增加而增 强;C.从不同处方脂质 体的细胞 摄取比率结 果上 看, DSPE-PEG5000-OMe 对 DSPE-PEG1000-TAT(链长差为 4000)屏蔽效果最好,当遮挡 DSPE-PEG5000-OMe 的用量 密度增至 10% ( molar ratio )时,相应细 胞摄取比率下 降至 6% 以下,即 10%DSPE-
21、PEG5000-OMe 对 0.5%DSPE-PEG-TAT 的屏蔽率94%,该脂质体的细胞摄取指数 已经和不带 DSPE-PEG-TAT 的阴性长循环对照组((0.5+ X)%DSPE-PEG-OMe)接近,当 DSPE-PEG5000-OMe 用量进一步升高(12%),摄取比率下降不明显,进入平台期,可见 当外层 DSPE-PEG5000-OMe 用量升高超过 10%后,对 DSPE-PEG-TAT 的屏蔽基本完全;此 外,遮挡 PEG 为 DSPE-PEG3000-OMe 的两组脂质体入胞结果显示,当 DSPE-PEG3000-OMe 用量升高至 14%时,才对 DSPE-PEG-TAT
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