基于《Preparation of Multifunctional Janus Nanoparticles on the Basis of SPIONs as Targeted Drug Delivery System》的报告

本文题为《Preparation of Multifunctional Janus Nanoparticles on the Basis of SPIONs as Targeted Drug Delivery System》，由作者 Behrad Shaghaghi、Sepideh Khoee 以及 Shahin Bonakdar 撰写，所属机构分别为 University of Tehran 的 Polymer Laboratory 和 Pasteur Institute of Iran 的 National Cell Bank，于 2019年1月发表在《International Journal of Pharmaceutics》。以下为文章的详细介绍：

研究背景

本研究聚焦于纳米医学领域中特异性传递药物的前沿问题。脑血管屏障（Blood-Brain Barrier，简称 BBB）的存在阻碍了传统药物到达脑部肿瘤病灶的能力。尤其对于恶性脑胶质瘤（glioblastoma multiforme，简称 GBM），由于恶性肿瘤细胞易侵袭正常脑组织，传统放化疗及手术组合治疗效果有限，患者的中位生存期仅为14.6个月，五年生存率则低至5.1%。为解决此难题，近年来研究人员着眼于纳米粒子（nanoparticles，简称 NPs）在脑部靶向药物递送中的应用。

SPIONs（superparamagnetic iron oxide nanoparticles，超顺磁性氧化铁纳米粒子）因其多功能性成为研究热点。其优点包括 FDA 已批准的 MRI 对比剂应用、安全性好、可生物降解、用于磁性靶向药物递送以及热疗。然而，为提高血液循环稳定性和避免巨噬细胞快速清除，需对其表面进行改性，例如利用聚乙二醇（PEG）进行装饰。此外，肿瘤靶向剂叶酸（folic acid，简称 FA）联合 PEG 有望提升肿瘤组织的 NP 富集及细胞内递送。

研究目的

研究旨在开发一种基于 SPIONs 的多功能 Janus 纳米粒子（Janus NPs），集成靶向及刺激响应特性，以实现高效率的脑胶质瘤化疗药物递送及释放。这种纳米粒子设计为两面异性：一侧携带叶酸作为靶向肿瘤的配体，另一侧则接合阿霉素（doxorubicin，简称 DOX）通过 pH 敏感的亚胺键结合。研究重点在于分析这种 Janus 纳米粒子的物理化学性能、药物释放性能、体外毒性及其对胶质瘤细胞的靶向递送能力。

研究方法

1. 纳米粒子核心制备

研究采用化学共沉淀法制备 Fe3O4 SPIONs 核。通过在含 FeCl2 与 FeCl3 的去离子水溶液中加入氨水沉淀生成超顺磁性 SPIONs，然后用水和乙醇进行洗涤。

2. Janus 纳米粒子设计及多步合成工艺

• Pickering 乳液技术封蜡
  将 SPIONs 分散在去离子水中，然后引入75°C 熔融的石蜡颗粒并高速搅拌使 SPIONs 固定于石蜡表面，形成胶体小球（colloidosomes），冷却后分离未附着的 SPIONs。

• 两侧表面化学修饰
  用 (3-mercaptopropyl) triethoxysilane（MPTES）修饰蜡包微粒未遮蔽的一侧，使其具备巯基；接着，通过热解蜡去除石蜡涂层，再用 azidated triethoxysilane 修饰裸露侧以引入叠氮基。

3. 多功能表面功能化

• 亲水侧（FA-SPEG）制备
  通过碱性水解聚山梨醇单月桂酸酯获得星形聚乙二醇（SPEG），随后用丙烯酰氯接枝单丙烯酰末端形成 ACL-SPEG。SPEG 的末端羟基进一步结合 FA 以提升肿瘤靶向能力。

• 疏水侧（DOX-PCL）制备
  通过丙炔醇引发环己内酯进行开环聚合，生成聚己内酯（PCL）。随后，用对甲苯磺酰氯活化其羟基，接枝 Boc 保护的乙二胺后与 DOX 通过亚胺化反应接合，形成 DOX-PCL。

• 两侧点击化学反应连接
  分别将 ACL-SPEG 和 DOX-PCL 通过点击化学（thiol-ene 和 alkyne-azide Cycloaddition）接合至 N3-SPION-SH 核上，最终生成两面异性 Janus NPs。

4. 性能表征实验

• 利用傅里叶红外光谱（FT-IR）、核磁共振波谱（NMR）及热重分析（TGA）对分子化学构型及重量百分比进行表征；
• 动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）检测粒径及形态；
• 磁性性能通过振动样品磁强计（VSM）测试；
• 药物释放行为测试在三种 pH 条件（4, 6.2, 7.4）下通过 UV-Vis 分析测量阿霉素释放速率。

5. 生物学性能与细胞实验

• 细胞毒性评估
  应用大鼠 C6 胶质瘤细胞系，通过 MTT 法评估药物结合 Janus 纳米粒子以及对照样本的毒性。
• 细胞摄取实验
  用激光共聚焦显微镜定性分析摄取行为；通过 UV-Vis 定量分析每个细胞摄取的纳米粒子浓度。

研究结果

1. 结构与物理化学性能
   Janus NPs 粒径大约为 90nm，具有明确的两侧异性，TEM 图像中可见一侧明亮的PEG 而另一侧为暗色的 PCL；FT-IR 及 TGA 数据表明两侧功能分子成功结合。

2. pH 敏感药物释放
   在 pH = 4 时，药物释放达到 94.5%；在接近正常的 pH = 7.4 环境中，释放仅为 9.5%。表明 Janus NPs 具备显著的刺激敏感性。

3. 细胞毒性及靶向性能
   在酸性环境下（pH = 6.2），药物结合 Janus NPs 对胶质瘤细胞毒性增强，细胞毒性显著高于单独的 polymer-modified NPs。细胞摄取实验显示，FA 修饰显著提升了纳米粒子的靶向作用和进入细胞的能力。

研究结论与意义

通过制备基于 SPIONs 的 Janus 纳米粒子，研究团队展示了一种具有显著 pH 响应性和肿瘤靶向能力的药物递送系统。它不仅能够主动靶向胶质瘤细胞，还能在酸性肿瘤微环境中高效释放化疗药物，从而最大化治疗效果并减少毒副作用。这一平台具有多功能性，可根据需求插入更多诊断或治疗分子，为癌症靶向治疗提供了新工具。

研究亮点

• 创新使用 Janus 结构以实现多功能表面修饰；
• Pickering 乳液制备方法经济高效；
• 验证了 pH 敏感性对药物递送的重大效用；
• 显示基于 FA 修饰的靶向优越性。

价值与拓展

该研究提供了可定制化的纳米医学解决方案，其技术与理念对脑肿瘤和其他障碍性疾病的治疗具有重要借鉴意义。