聚酰胺-胺树状大分子表面电荷对其肿瘤细胞外排的影响及其外排机制的研究

The drug carriers will determiine weather drugs could reach the target organelles. Thus, it is important to clarify the intracellular fate of the drug carriers. To date, the final destination of PAMAM in tumor cells is not clear. Our previous research has shown that the PAMAM can be excreted by tumor cells and the surface charges influence its exocytosis. To explore the exocytosis mechanism and the effect of surface charge on exocytosis, this study was divided into three parts as below. Firstly, using PAMAM-NH2 with positively charged surface, PAMAM-OH with no charge on the surface and PAMAM-COOH with negatively charged surface to carry out the innovative research on the exocytosis dynamics, exocytosis pathways and the exocytosis mechanism of the PAMAM. This study illuminated the exocytosis mechanism in terms of cell cycle, organelle membrane protein and ATP binding cassette proteins. Secondly, to summarize the law that the effect of surface charge on the exocytosis, we ran the same experiments about exocytosis using more drug carriers with charges on the surface. Finally, PAMAM/DOX was prepared. The exocytosis dynamics of PAMAM/DOX was evaluated and compared with the PAMAM. Our aim was to support the rational design of drug carriers with charge on the surface to obtain the better anti-tumor activity.

文献研究指出药物最终能否到达靶细胞器完全由药物载体决定，阐明药物载体在细胞内的去向问题，对药物发挥疗效起到至关重要的作用。目前聚酰胺-胺树状大分子（PAMAM）细胞内最终去向还不清楚。我们的前期研究显示PAMAM在肿瘤细胞内存在外排现象并且其表面电荷可能会影响外排。为阐明PAMAM的肿瘤细胞外排机制和表面电荷对其外排的影响，本课题使用代数相同、结构相同、表面电荷不同的PAMAM-NH2（带正电）、PAMAM-OH（不带电）和PAMAM-COOH（带负电），创新性地开展外排相关作用规律（外排动力学和外排途径）及其机制（细胞周期、亚细胞器膜蛋白和多药耐药膜蛋白）的研究；然后使用更多表面带电荷载体，针对以上内容进行验证性实验，总结出表面电荷对药物载体外排的影响规律；最后考察载药PAMAM细胞外排动力学，并与空白PAMAM相比较。为一大类表面带电荷药物载体应用于抗肿瘤治疗时的设计提供新的理论指导。

文献研究指出药物最终能否到达靶细胞器主要由药物载体决定，阐明药物载体在细胞内的去向问题，对药物发挥疗效起到至关重要的作用。本课题使用代数相同、结构相同、表面电荷不同的PAMAM-NH2（带正电）、PAMAM-OH（不带电）和PAMAM-COOH（带负电），主要开展外排相关作用规律及其机制的研究。研究发现PAMAM表面电荷种类对其外排动力学、外排途径和外排机制均有影响。表面带正电的PAMAM-NH2在肿瘤细胞中的外排率最多，表面不带电的PAMAM-OH 在肿瘤细胞中的外排率最低。在肿瘤敏感细胞中，PAMAM-NH2通过三种胞内转运途径被排出细胞，PAMAM-COOH只通过一种胞内转运途径被排出细胞，PAMAM-OH通过两种胞内转运途径被排出细胞；在肿瘤耐药细胞中，PAMAM-NH2通过三种胞内转运途径和P-糖蛋白被排出细胞，其中三种胞内转运途径是其主要的外排途经，PAMAM-COOH 通过两种胞内转运途径、P-糖蛋白和多药耐药相关性蛋白被排出细胞，PAMAM-OH通过P-糖蛋白和多药耐药相关性蛋白被排出细胞。PAMAM-NH2对线粒体的靶向性和MVP蛋白对PAMAM-NH2的外排作用导致了其在肿瘤细胞中的外排率最高。以上研究为PAMAM介导的抗肿瘤给药系统的设计提供了新的理论指导，即在使用PAMAM作为药物载体时，应该注意对其表面电荷尤其是正电荷的屏蔽，这样才能降低肿瘤细胞对载体自身的外排，增加PAMAM载药胶束的细胞摄取率，获得更好地抗肿瘤效果。本研究还发现表面带正电的PAMAM-NH2可以显著降低P-糖蛋白和多药耐药相关性蛋白的表达，逆转由药物引起的肿瘤多药耐药性，增强肿瘤耐药细胞对药物的敏感性，这为PAMAM-NH2介导的逆转肿瘤MDR给药系统的设计提供了一种新的思路，即通过简单地将PAMAM-NH2与DOX混合后给药，就可在一定程度上逆转肿瘤的MDR。