靶向肿瘤细胞的DNAzyme纳米载体的构建及其逆转肿瘤多药耐药的研究

Multidrug resistance (MDR) is an important cellular self-defense mechanism against chemotherapeutic drugs. The existence of MDR makes it hard to achieve an ideal therapeutic effect in clinical chemotherapy, finally resulting in treatment failure. According to the statistics, more than 90% cancer patients die of MDR. Therefore, it is of great significance and highly desirable to reverse MDR. In this project, multiple polyvalent DNAzymes will be introduced into the nanocarriers by rolling cycle amplification method to endow them with the capacity to silence transmembrane transporter protein gene (P-gp) and antiapoptotic gene (survivin). Meanwhile, we can introduce targeting agents to endow the nanocarriers with tumor targeting ability. On the basis of understanding the physicochemical characteristics of the nanocarriers, we will study targeting ability of the nanocarriers toward drug resistance cancer cells and inhibition effect on the expression of P-gp and survivin genes. Then, we establish a nude mouse model of drug resistance cancer cell lines, and study the in vivo reversing MDR efficiency of this system. Finally, we further evaluate the toxicity of nano drug delivery systems in vivo by blood biochemical parameters, blood-element test and histopathology. These results are of great importance for providing significant basic data of safe and efficient cancer therapeutic systems in clinical application.

多药耐药性是肿瘤细胞对药物产生的重要防御机制。多药耐药的存在使得临床上化疗效果不明显，最终导致化疗失败。据统计，90%以上的癌症患者死于不同程度的多药耐药。因此，逆转肿瘤多药耐药性已经成为迫切需要解决的问题。本项目拟利用滚环复制放大技术将多拷贝不同功能的DNAzyme引入纳米载体合成自身具有沉默药物外排泵蛋白（P-gp）及凋亡抑制蛋白（survivin）基因功能的DNAzyme纳米载体，并通过靶向基团的修饰，实现药物的靶向运输。在研究其理化性质的基础上，研究纳米载体对耐药肿瘤细胞靶向能力及P-gp和survivin基因的抑制情况。构建裸鼠耐药肿瘤模型，研究该载体在活体水平逆转耐药肿瘤多药耐药的效率。最后通过血液生化指标、血象检测和组织病理学检查，进一步评价该纳米药物输送体系的生物安全性。该研究成果将为开展安全、高效肿瘤治疗体系提供新的科学依据。

对于侵袭、转移性的恶性肿瘤，化疗仍然是主要的治疗手段。虽然化疗能够在一定程度上延长病患生存期，但是由于先天存在的或者大剂量及长期使用同种药物而引起癌细胞的多药耐药性直接影响了癌症的治疗效果，使得病情恶化并发生癌细胞转移，最终导致病患死亡。多药耐药性是肿瘤细胞对药物产生的重要防御机制，其中肿瘤细胞对化疗药物的外排是导致肿瘤耐药性的主要原因。此外，肿瘤细胞对于新兴的治疗模式也存在治疗抗性，如肿瘤在热应激状态下会高表达热休克蛋白，以保护肿瘤细胞免受高热损伤，大大降低肿瘤热疗的效果。在该项目，我们构建基于DNAzyme的纳米载体，通过负载化疗药物或者光热试剂，通过DNAzyme对靶标基因的沉默作用增强了肿瘤细胞对于化疗药物或者高热的敏感性，大大提高了肿瘤治疗效果。例如，我们通过循环复制放大技术一步法合成出了由焦磷酸镁与长链DNA组成的可降解的纳米颗粒。由于我们可以在DNA的合成模板中定制载体功能，可以引入多重DNAzyme(EGR-1,survivin)及适配体，构建了高效的基因沉默平台。由于合成过程可以引入多个重复的DNAzyme及适配体序列，该载体可以高效靶向MCF-7细胞并在细胞内降解载体骨架，高效沉默靶标基因。同时，我们还可以将DNAzyme用于沉默P-gp，减少耐药细胞对化疗药物的外排。此外，我们将合成的长单链核酸与阳离子聚合物组装，并负载光热小分子（ICG）构建集光热和基因沉默于一体的治疗平台。通过DNAzyme对热休克蛋白-70的沉默功能，大大提高了肿瘤细胞对光热的敏感性，提高整体治疗效果。由于该项目所用主要材料长单链核酸是通过循环复制放大技术得到，这有利于降低成本及功能定制。同时，相比较以往的基因运载体系，DNAzyme的使用可以提高整体基因沉默效率。该项目研究结果为多功能纳米载体逆转肿瘤治疗耐受性提供了基础研究数据，无疑具有重要的意义。