イメージングと薬物放出の改善を目的とした「デュアルキーアンドロック」薬剤担体の構築

Construction "Dual-Key-and-Lock" Drug carriers for Imaging and Improved Drug Release.

• Haiqing Gao
• Yongqi Zhang
• Bin Chi
• Caixue Lin
• Feng Tian
• Mingyue Xu
• Yingxi Wang
• Zushun Xu
• Ling Li
• Jing Wang

抄録

本研究では、腫瘍の微小環境に対応した「デュアルキーアンドロック」薬剤担体を設計しました。コアシェル型のFe-MOF@ZIF-8を合成し、ZIF-8をシェル（第一のロック）としてカタラーゼを封入し、Fe-MOFをコア（第二のロック）として抗がん剤ドキソルビシン（DOX）を封入しました。Fe-MOs@ZIF-8は、高濃度のH2O2、弱酸性環境、低酸素などの腫瘍の微小環境を利用して、効率的ながん治療を実現します。pH応答により、ZIF-8とFe-MOFが交互に分解され、カタラーゼとDOXが放出されます。放出されたカタラーゼは、腫瘍内の豊富なH2O2と反応してO2を産生し、低酸素を調節することで、放出されたDOXの抗がん作用効率を高めます。Fe-MOF@ZIF-8のL-02細胞とHeLa細胞に対する細胞毒性の違いは、Fe-MOF@ZIF-8が癌細胞にのみ有害であり、正常細胞には有害ではないことを示している。その理由は、Fe-MOF中のFe2+/Fe3+が癌細胞内の豊富なH2O2と相互作用してヒドロキシルラジカル(∙OH)を発生させ、3,3',5,5'-テトラメチルベンジジンの溶液の色が青くなることで証明されているからである。薬剤とカタラーゼを担持した後、Fe-MOF@ZIF-8は、腫瘍の微小環境に反応してカタラーゼ、DOX、OHを放出し、より多くのHela細胞を殺すことができる。このように、腫瘍の微小環境に対応した「デュアルキーアンドロック」薬剤担体の構築は、がん治療のための有望な戦略であると考えられています。

In this work, a "dual-key and-Lock" drug carrier was designed to respond to tumor microenvironment. A core-shell Fe-MOF@ZIF-8 was synthesized, with ZIF-8 as shell (the first lock) to encapsulate catalase, Fe-MOF as core (the second lock) to encapsulate anticancer drug doxorubicin (DOX). Fe-MOs@ZIF-8 takes advantage of tumor microenvironment includes high concentration of H2O2, weak acidic environment and hypoxia to achieve efficient cancer therapy. With the pH response, the ZIF-8 and the Fe-MOF will be degraded in turn to release catalase and DOX, just like "pH stimulation" as a key to open two locks in turn. The released catalase reacts with rich H2O2 in tumor to produce O2 to regulate hypoxia, thereby improving the anti-cancer efficiency of released DOX. The different cytotoxicity to L-02 cells and HeLa cells of Fe-MOF@ZIF-8 shows Fe-MOF@ZIF-8 is only harmful to cancer cells and not harmful to normal cells. The reason is that the Fe2+/Fe3+ in Fe-MOF interact with rich H2O2 in cancer cells to generate hydroxyl radicals (∙OH), which is proved by the color of the solution of 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine turns blue. After loading the drug and catalase, Fe-MOF@ZIF-8 can release catalase, DOX and ∙OH in response to tumor microenvironment, thus killing more Hela cells. Therefore, construction of "Dual-Key-and-Lock" drug carriers respond to tumor microenvironment are a promising strategy for cancer treatment.

© 2020 IOP Publishing Ltd.