核薬物送達と多剤耐性反転のための光増感剤ドープおよび血漿膜応答性リポソーム

Photosensitizer-Doped and Plasma Membrane-Responsive Liposomes for Nuclear Drug Delivery and Multidrug Resistance Reversal.

• Ya-Xuan Zhu
• Hao-Ran Jia
• Qiu-Yi Duan
• Xiaoyang Liu
• Jing Yang
• Yi Liu
• Fu-Gen Wu

抄録

臨床的に承認されているドキソルビシン（Dox）搭載リポソーム（例：Doxil）は、良好なバイオセーフティを保証しているが、細胞取り込み後のDoxの核送達（0.4%未満）が不十分であるため、最終的な抗癌効果を著しく阻害している。ここでは、Doxを搭載したリポソーム（PpIX/Doxリポソームと呼ばれる）の脂質二重膜にプロトポルフィリンIX（PpIX、一般的に使用される疎水性光増感剤）を単純にドーピングすることが、Doxの核デリバリーを促進するための実行可能な方法であることを報告します。この簡便な方法は、PpIXのユニークな特性に依存している。PpIXは、リポソームキャリアよりも実際の細胞膜にかなり高い親和性を示し、がん細胞に遭遇した際にドープされたPpIX分子がリポソームから剥離する。この過程で、リポソームに捕捉されることなく、装填されたDox分子が効率的に放出され、MCF-7乳がん細胞の核内に侵入することを実証した。薬剤耐性MCF-7/ADR細胞では、血漿膜の排出ポンプが異常に活性化することで、内包されたDoxが排出されます。しかし、PpIXの光力学的効果により薬物排出系（P-糖タンパク質など）が破壊され、Doxの核内への侵入が促進されることから、軽度のレーザー照射でも強い薬剤耐性が回復することが明らかになった。概念実証として、このPpIXドーピング戦略は、A549およびA549/DDPの両方の肺癌細胞に対するシスプラチン負荷リポソームの有効性を高めるためにも適用可能である。インビボ実験の結果、PpIX/Doxリポソームの単回投与により、ヌードマウスのMCF-7腫瘍の増殖を2週間以内に完全に阻害し、レーザー照射との併用により、MCF-7/ADR腫瘍を相乗的にアブレーションできることが証明された。バイオセーフティ評価では、PpIX/Doxリポソームによる全身毒性は認められていない。本研究は、リポソーム薬剤の細胞内動態を容易に制御する方法を例示するものであり、近い将来、ナノ医薬品の最適化につながる可能性がある。

Clinically approved doxorubicin (Dox)-loaded liposomes (e.g., Doxil) guarantee good biosafety, but their insufficient nuclear delivery of Dox (<0.4%) after cellular uptake significantly hampers their final anticancer efficacy. Here, we report that simply doping protoporphyrin IX (PpIX, a commonly used hydrophobic photosensitizer) into the lipid bilayers of Dox-loaded liposomes (termed PpIX/Dox liposomes) is a feasible way to promote the nuclear delivery of Dox. This facile strategy relies on a unique property of PpIX-it presents considerably higher affinity for the real plasma membrane over its liposomal carrier, which drives the doped PpIX molecules to detach from the liposomes when encountering cancer cells. We demonstrate that this process can trigger the efficient release of the loaded Dox molecules and allow them to enter the nuclei of MCF-7 breast cancer cells without being trapped by lysosomes. Regarding the drug-resistant MCF-7/ADR cells, the aberrant activation of the efflux pumps in the plasma membranes expels the internalized Dox. However, we strikingly find that the robust drug resistance can be reversed upon mild laser irradiation, because the photodynamic effect of PpIX disrupts the drug efflux system (e.g., P-glycoprotein) and facilitates the nuclear entry of Dox. As a proof-of-concept, this PpIX doping strategy is also applicable for enhancing the effectiveness of cisplatin-loaded liposomes against both A549 and A549/DDP lung cancer cells. In vivo experimental results prove that a single injection of PpIX/Dox liposomes completely impedes the growth of MCF-7 tumors in nude mice within 2 weeks and, in combination with laser irradiation, can synergistically ablate MCF-7/ADR tumors. Biosafety assessments reveal no significant systemic toxicity caused by PpIX/Dox liposomes. This work exemplifies a facile method to modulate the subcellular fate of liposomal drugs and may inspire the optimization of nanopharmaceuticals in the near future.