还原响应型转铁蛋白姜黄素纳米载体体系的组装、动力学模拟及逆转MRP1抗药性探索

Curcumin has excellent antitumor activity. However, a major hurdle to the clinical use of curcumin is its poor solubility in water, poor bioavailability and short half-life in circulation. Human transferrin albmin, an abundant protein in blood with good biocompatability,has important characterists as ideal targeting carrier: First, the related protein recepor is overexpressed on tumor cell surface. Second, it’ concentration in blood is moderate, about 5 percent of serum albumin,which will not influence the active binding to the tumor cells and the accumulation in tumor vascular of self protein-drug delivery system. Thrid, it is facile to be scale-up extracted and produced industrially.In this work, the human transferrin-curcumin nanoparticles has been sucessfully fabricated through dithiothreitol reduction. Dynamic simulations, specific fluorescence spectroscopy, quantification of hydrophobic region, circular dichroism will be used to study the assembly mechanism of human serum albumin-curcumin nanoparticles to provide the basis for the assembly network on the multiple methods, multiple proteins and multiple hydrophobic drugs. Multi-drug resistence tumor cells with high glutathione can reduce transferrin-curcumin nanoparticles to release curcumin to explore it overcoming multi-drug resistence. The relation between particles with different size, the accumulation at tumor sites and the killing ability will be studied. The optimization of process stuty for transferrin-curcumin nanoparticles, the drug releasing, the targeting and the therapeutical effect on tumor line will provide the basis for the fabriction of new type targeting formulations and clinical transformation process.

姜黄素虽有较好的抗肿瘤活性，但因溶解度小、生物利用度低等缺点，临床应用受到限制。血浆转铁蛋白来源丰富，具有理想的蛋白类靶向载体的重要特点：1）肿瘤细胞表面对应受体过表达；2）血浆中浓度适中，为白蛋白的1/20，不影响自体转铁蛋白药物纳米体系在肿瘤血管中滞留及与受体的主动亲合；3）易规模化提取并用于产业化生产。本课题在用二硫键还原法成功构建转铁蛋白姜黄素纳米粒子的基础上，拟用动力学模拟、疏水区域定量、圆二色性等手段探讨其组装机制，为构建基于多种方法、多种蛋白质和多种疏水性药物组装网络的研发平台提供理论基础；利用耐药肿瘤细胞内谷胱甘肽含量高，可还原转铁蛋白粒子的特点，促进姜黄素释放，探讨其逆转MRP1抗药性；探讨不同粒径粒子与肿瘤部位蓄积性、杀伤性之间的相关性。优化最佳抗肿瘤活性姜黄素靶向制剂的制备工艺，研究其体外释药、对肿瘤细胞的靶向性和治疗作用，为新型靶向制剂的研制及向临床转化提供依据。

疏水性抗肿瘤药物，如紫杉醇、姜黄素等，具有水溶性差、稳定性差等问题。课题的研究目标为通过蛋白质变性法，将其与疏水性抗肿瘤药物组装成纳米载体体系。我们掌握了大分子载体与疏水性药物组装的关键技术，即蛋白质折叠、去折叠的组装机制是蛋白分子的疏水腔 “打开-中间态-闭合” 的开关形成，并构建了组装平台网络；运用理化性质监测、靶向性、抗肿瘤活性、组织毒性等方法筛选可能用于临床的药物制剂。. 研究内容包括二个方面：第一方面，用理化变构法，组装了蛋白质和药物递送纳米载体体系，使紫杉醇和姜黄素药物溶解度提高了1万和10万倍；动物试验结果显示：白蛋白-紫杉醇纳米载体体系的半数致死量是游离紫杉醇的2倍以上，抗肿瘤效率有显著性差异；构建了纳米体系安全、稳定、有效性评价的系列方法；组装蛋白从白蛋白大分子载体，到酶类、蛋白质的异构体、转铁蛋白和白蛋白的片段多肽上。这些载体，只要充分暴露出疏水性核心，即可获得尺寸小、更具穿透性的纳米体系，而转铁蛋白的跨血脑屏障的特性，也是制备纳米载体体系的另一个方向。本研究已经获得了蛋白质变性的若干方法。. 第二个方面：使用metadynamics采样加速技术，搭建了一个有机纳米粒子的表面的全原子模型，研究了纳米表面吸附和去吸附蛋白的过程。根据所得模拟轨迹，分析了蛋白在纳米表面吸附和去吸附的能量面，螺旋、beta片层等二级结构随时间的演化过程，由此探测到若干中间状态。我们进一步分析了这些不同的状态下蛋白质和纳米表面相互作用其主导作用的力，以及这些状态的代表构象。本项目理论部分的研究内容为纳米载药体系的结构及其动力学，这一研究的核心问题是大分子和大分子复合体结构的能量计算，或者更广义的，对结构进行评估。在上述分析的基础上，我们利用深度学习方法，开发了对生物大分子结构进行评估的多个网络模型，并进行了大量的训练和测试，得到了很好的结果，为这一领域提供了新的思路和新的方法。