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寡聚赖氨酸/铱(III)纳米粒子在细胞溶酶体环境下解离为小尺寸纳米粒子、小纳米粒子入核及其核内释药行为研究 范艳斌 1，李春炎2，曹恒1，李富友2，陈道勇1 1、复旦大学高分子系，聚合物分子工程国家重点实验室，上海，200433 2、复旦大学化学系，先进材料实验室，上海，200433 绝大多数的抗癌药物必须被送入细胞核中才能杀死癌细胞，直接将含有抗癌药物的纳米粒子通过核孔送入细胞核不仅能够高效地增加抗癌药物在细胞核内浓度，同时也能够有效克服癌细胞的耐药性。本工作中，我们合成了能够在细胞溶酶体酸性条件下解离成小尺寸纳米粒子(~20nm)的寡聚赖氨酸/铱(III)大复合胶束纳米粒子(~130nm)，该纳米粒子能够同时满足临床应用时对于纳米粒子的两个矛盾性要求：在血液pH条件下，该纳米粒子具备大尺寸的粒径以实现长的循环周期；而一旦进入细胞溶酶体的酸性环境中，该纳米粒子能够解离成足够小的纳米粒子以通过核孔进入细胞核。研究中，我们首次将含有抗癌药物的纳米粒子通过核孔直接送入细胞核，同时首次运用共聚焦显微镜观察到了细胞核内纳米粒子的释药现象。结果显示，细胞核内纳米粒子的释药行为导致了癌细胞的死亡。关键词：药物载体寡聚赖氨酸铱纳米粒子入核核内释药 寡聚赖氨酸/铱(III)纳米粒子在细胞溶酶体环境下解离为小尺寸纳米粒子、小纳米粒子入核及其核内释药行为研究 范艳斌1，李春炎2，曹恒1，李富友2，陈道勇1( 1、复旦大学高分子系，聚合物分子工程国家重点实验室，上海，200433 2、复旦大学化学系，先进材料实验室，上海，200433 关键词：药物载体 寡聚赖氨酸 铱 纳米粒子入核 核内释药 绝大多数用于癌症化疗的药物（如顺铂、蒽环类药物、喜树碱等）都必须被送入肿瘤细胞的细胞核才能杀死肿瘤细胞。借助于树枝状分子、聚合物胶束以及纳米粒子等，该类药物能够克服细胞膜相关的细胞外抗药机制的阻碍而进入癌细胞的胞浆内。但是，抗药性癌细胞所表达出的细胞内抗药机制不仅阻碍了进入胞浆的药物进入细胞核，而且还将已进入细胞核的药物泵出细胞核，使得细胞核内的药物浓度只有进入胞浆中的1%；[1] 基于抗癌药物的高毒性、高价格的特点，提高药物在细胞核内的药物浓度对于克服癌细胞抗药性以及节约病人治病成本具有重要的临床意义。近年来，人们将具有核定位功能的核定位序列(nuclear localization signal, NLS)与抗癌药物化学键接起来形成大分子药物，使得抗癌药物能够被主动运入细胞核，从而实现了抗癌药物的高效入核，但是由于大部分大分子药物的流体力学直径小于10纳米，因此该类大分子药物在临床应用时面临容易被肾脏排出、药物循环周期短等问题。[2] 2007年，申等人首次报道了将包覆抗癌药物的纳米粒子直接送入细胞核的开拓性工作。[3] 将包含抗癌药物的纳米粒子直接送入细胞核为有效克服癌细胞抗药性提供了可能性：利用药物载体对于药物的隔离作用，能够有效克服癌细胞核“泵”药的机制，同时，纳米粒子在核内有望稳定、持续释放抗癌药物从而对癌细胞产生更大的毒性。但申等人所制备的纳米粒子尺寸在200nm左右，远大于细胞核孔的直径，因此该纳米粒子只能等到癌细胞经历有丝分裂、核膜破裂时方能进入细胞核，因此纳米粒子的进核效率有待进一步的提高。 考虑到血液循环时纳米粒子需具有一定的大尺寸，而纳米粒子进核时需要小尺寸的矛盾性要求，在血液pH下（pH=7.4），我们首先制备了由寡聚赖氨酸（约30个重复单元）和铱组成的尺寸约为130纳米的大复合胶束纳米粒子，当该大复合胶束纳米粒子被细胞内吞入溶酶体中时（pH值降低至5~4），被包裹在大复合胶束中的亲水性的伯胺被质子化，赖氨酸残基间的静电排斥作用和亲水性的增强使得大复合胶束纳米粒子解离成为小尺寸的纳米粒子。而当pH值回复至胞浆中约7.4时，虽然赖氨酸残基去质子化，但由于伯胺残基已暴露于水介质中，依然可以稳定小尺寸的纳米粒子，所以当小尺寸纳米粒子进入胞浆时不会重新聚集，纳米粒子的小尺寸和寡聚赖氨酸的表面修饰使得该纳米粒子能够被主动运入细胞核，进一步的研究发现，当小尺寸纳米粒子进入细胞核后开始释放抗癌药物（铱）（如scheme 1中所示）。 Scheme 1. Schematic description of cell internalization of LINPs, dissociation of the primary LINPs into small ones in lysosome, nuclear entrance of the small nanoparticles via nucleopores, and release of the iridium compounds in the nucleus. 如图1中A、C、D所示，我们首先利