温敏型药物控释系统的构建及光热联合化学疗法协同抗肿瘤作用研究

doi:10.7503/cjcu20250068

摘要/Abstract

摘要：

化疗和热疗联用能有效覆盖整个肿瘤部位，起到协同治疗的效果. 本文以具有独特孔道结构和良好化学稳定性的共价有机骨架（COFs）作为壳，光热性质良好的Fe₃O₄纳米粒子作为核，制备了粒径约为200 nm的核壳结构药物载体. 通过吸附作用将抗肿瘤药物盐酸阿霉素(DOX)封装至COFs孔道内，随后以温敏材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)进行修饰，封堵在复合材料表面. 采用波长808 nm的激光照射使 Fe₃O₄纳米粒子迅速将光能转化为热能，导致温度发生变化. 一方面，升温使PNIPAM达到临界温度发生相变，其结构向内收缩，从而实现对药物分子的可控释放；另一方面，产生的高温可有效杀灭癌细胞，起到化疗和热疗联用抗肿瘤的效果. 最后，在复合材料表面嫁接具有癌细胞主动靶向作用的叶酸碳点，实现叶酸介导的靶向温度响应控释机制，构建了温敏型药物控释系统，并联合化学疗法和光热疗法，有效提升了抗肿瘤效果.

关键词: 共价有机骨架, 纳米载体, 药物递送, 光热联合化学疗法, 抗肿瘤

Abstract:

Combination of chemotherapy and photothermal therapy can cover the entire tumor area， achieving an effective synergistic treatment performance. In this study， covalent organic frameworks（COFs） with unique pore structure and excellent chemical stability were utilized as the shell， and Fe₃O₄ nanoparticles with favorable photothermal properties were adopted as the core to construction a core-shell structured drug carrier with a particle size of approximately 200 nm. The antitumor drug doxorubicin hydrochloride（DOX） was encapsulated into the pores of COFs. Subsequently， the composite material was modified with the thermosensitive material， poly（N- isopropylacrylamide）（PNIPAM）， which was used to seal the surface of the composite. Furthermore， under irradiation with 808 nm laser， Fe₃O₄ nanoparticles rapidly converted light energy into heat energy， thereby generating a temperature change that achieve two purposes， on the one hand， the temperature change reached the lower critical solution temperature of PNIPAM for phase transition， causing the structure contracts inward and thus achieving the controlled release of drug molecules. On the other hand， the high temperature could kill cancer cells effectively， thus exhibited chemo-photothermal tumor therapy performance. Finally， carbon dots were grafted on the surface of the system to achieve the folic acid-mediated target controlled release mechanism， and a temperature-sensitive drug controlled release system was constructed successfully. The system exhibited highly antitumor performance by combining with chemotherapy and photothermal therapy.

Key words: Covalent organic framework, Nanocarrier, Drug delivery, Photothermal combined chemotherapy, Antitumor

中图分类号:

O611.4

TrendMD:

梁家宁, 符开奇, 周瑞, 叶丽莉, 王丽, 刘兆敏, 孙琳, 董妍. 温敏型药物控释系统的构建及光热联合化学疗法协同抗肿瘤作用研究. 高等学校化学学报, 2025, 46(9): 20250068.

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图/表 10

Fig.1 SEM images of Fe3O4(A, E) and NPs(B, F), TEM images of Fe3O4(C, G) and NPs(D, H) and element mapping images of NPs(I—O)(I) SEM image of the characterized region; (J) superposition map of (K)—(O).

Fig.2 Fluorescence emission spectra of FA(A) and NPs(D), Fourier transform infrared spectra of Fe3O4⁃NH2(B) and NPs(E) and XRD patterns of samples(C, F)

Fig.3 Temperature rise curves of samples with time under irradiation with different concentrations and different laser emission power（A） Fe3O4（808 nm， 1.0 W/cm2， 10 min）；（B） Fe3O4（808 nm， 1.5 W/cm2， 10 min）；（C） Fe3O4（808 nm， 2.0 W/cm2， 10 min）；（D） Fe3O4（808 nm， 2.5 W/cm2， 10 min）；（E） NPs（808 nm， 1.0 W/cm2， 10 min）；（F） NPs（808 nm， 1.5 W/cm2， 10 min）；（G） NPs（808 nm， 2.0 W/cm2， 10 min）；（H） NPs（808 nm， 2.5 W/cm2， 10 min）.

Fig.4 Radiation heating and cooling cycles for 1 mg/mL aqueous dispersion of Fe3O4(A) and NPs(D), relationship between cooling time of the materials and -lnθ of Fe3O4(B) and NPs(E), photothermal stability of Fe3O4(808 nm, 2.0 W/cm2, 1 mg/mL, 10 min)(C) and NPs(808 nm, 1.0 W/cm2, 1 mg/mL, 10 min)(F) systems during four consecutive photothermal cycles

Fig.5 N2 adsorption⁃desorption isotherms(A) and pore size distribution of COFs(inset) and NPs release accumulation curve of DOX under different temperatures(B)

Fig.6 Cell viability of NPs co⁃cultured with different cells（A） MCF-7 cells；（B） 4T1 cells；（C） A549 and Hela cells；（D） MCF-10A cells； * P<0.05， ** P<0.01， *** P<0.001； ns： no statistically significant difference.

Fig.7 Fluorescence images of cellular uptake of NPs（A） MCF-7 cell；（B） Hela cell；（C） 4T1 cell；（D） A549 cell； scale bar： 200 μm.

Fig.8 Growth curves of tumor volumes during 14 d with different treatments(A), body weights of mice with different treatments(B), tumor weights of mice after 14 d with different treatments(C) and tumor tissue imaging after 14 d with different treatments(D)NIR: 808 nm, 2.0 W/cm2, 10 min; * P <0.05， ** P <0.01， *** P<0.001； ns： no statistically significant difference.

Fig.9 Temperature change images of NPs(A) and PBS(B) under NIR infrared in vivoNIR: 808 nm, 2.0 W/cm2， 10 min.

Fig.10 Hematoxylin and eosin(H&E) staining sections of various organs and tumor tissues of mice in different treatment groups after 14 dScale bar： 10 μm； NIR: 808 nm, 2.0 W/cm2， 10 min.

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