介孔二氧化硅納米微粒作為基因載體在腫瘤治療領域的應用

王丹丹等

【摘要】介孔二氧化硅納米微粒（MSNs）具有獨特的結(jié)構(gòu)特征和較好的生物相容性，在生物醫(yī)學領域具有良好的應用潛力，其中最廣泛的應用就是MSNs作為藥物或基因載體。本綜述介紹了MSNs作為藥物或基因載體進行抗腫瘤治療的最新研究進展，同時MSNs還能減少抗腫瘤藥物的毒副作用，進而改善治療效果。

【關(guān)鍵詞】介孔二氧化硅；納米微粒；基因載體；腫瘤治療

【中圖分類號】R979.1【文獻標識碼】A【文章編號】1004-4949（2013）08-260-02

1 簡介

自20世紀70年代，“基因治療”這一概念被提出以來，基因治療首先被應用于單基因遺傳病的治療，繼之腫瘤的基因治療很快也成為研究的熱點，被認為是繼手術(shù)、放療、化療后第四類惡性腫瘤治療技術(shù)，顯示了很好的前景和希望，但仍存在一些問題需要解決。基因載體就是其中較突出的問題。如何找到一個高效、靶向，在體內(nèi)長循環(huán)的基因載體一直是各國科學家努力探索的重點和熱點。

在體內(nèi)，裸藥物的生物利用度較差，而且細胞攝取效果不理想。由于DNA、siRNA或mRNA帶負電荷使它們不容易被細胞內(nèi)化，且生物穩(wěn)定性差，半衰期較短。若病毒作為基因轉(zhuǎn)運載體，應該注意其生物安全性。非病毒轉(zhuǎn)運通過電穿孔，磁轉(zhuǎn)染和聲孔效應實現(xiàn)，但這些方法都存在局限性，并且需要一種載體。

納米顆粒具有表面效應、小尺寸效應等特性，同時具有很大的比表面積，易與其他原子相結(jié)合而穩(wěn)定。由于納米顆粒的這些特點，將納米顆粒作為基因載體用于惡性腫瘤的基因治療正在全面開展。通過運用納米載體進行全身給藥，人們發(fā)現(xiàn)以DNA、siRNA或mRNA為基礎的藥物擁有良好的發(fā)展前景。

2 MSN作為基因載體在腫瘤治療中的應用

MSNs具有粒徑分布窄，能夠有效地保護運載基因直到靶位點，良好的表面改性能夠優(yōu)化質(zhì)粒吸附和釋放等特性。一些報道關(guān)注于質(zhì)粒DNA吸附于MSNs的微粒表面還是孔隙內(nèi)部，相關(guān)體外實驗仍在進行。在許多MSNs作為基因載體的報道中，DNA主要是吸附到陽離子修飾的MSNs外表面。Nel等^[1，2]，將siRNA 和DNA吸附到PEI修飾的MSNs表面。N/P比達到10-100時，可以完全吸附。正如預期那樣，PEI涂層的高正電荷密度有利于基因吸附，對照組粒子用一種有機磷進行修飾，其對核酸的吸附能力遠遠低于PEI。

提高基因的吸附能力可以使用兩種方法，即優(yōu)化吸附條件和增大MSNs介孔孔徑。Gu等^[3]證實了短的鮭魚DNA在特定條件下（鹽酸胍，2M，pH5）吸附到小孔隙MSNs（直徑70nm 介孔孔徑2.7nm），最大載重量為121.6mgDNA/gMSN，這一數(shù)值明顯高于DNA只吸附到粒子外表面時的載重量值。MSNs對DNA吸附能力受溫度影響。在T<20°C，幾乎沒有DNA解吸被觀測到，然而，當T>20 °C時，越來越多的DNA 隨溫度升高而解吸。在1h內(nèi)，接近生理溫度時觀測到DNA幾乎完全解吸。在與鮭魚DNA吸附實驗相同的條件下，Gu 等^[4]又進行了將siRNA封裝到MSNs介孔的研究，但幾乎沒有觀察到siRNA吸附。在脫水條件下（66.7% 乙醇），無論用N.C. siRNA還是EGFP siRNA，siRNA吸附結(jié)果均為13.5 mg siRNA/g MSN（siRNA均衡濃度80 μg/ml）。這一結(jié)果突出強調(diào)優(yōu)化親水性藥物吸附條件的重要性。在siRNA均衡濃度為170 μg/ml時，高達27.5 mg siRNA/g MSN幾乎完全吸附在MSNs的介孔內(nèi)。為了包覆孔隙，25 kDa PEI吸附到MSNs。體外研究表明，困在PEI-MSNs介孔內(nèi)的siRNA可以有效地防止核酸酶降解。

增大MSNs介孔孔徑同樣能夠提高基因的吸附能力。Gao等^[5]制備了氨基改性的MSNs（粒徑 70-300nm），粒子表面有許多孔徑達20nm的籠形介孔。在PBS緩沖液中，熒光素酶質(zhì)粒DNA吸附到MSNs，粒子表面的氨基基團與帶負電荷的DNA相互作用，能夠保護質(zhì)粒DNA免受核酸酶降解。Kim等^[6]報道說，在PBS緩沖液中，熒光素酶質(zhì)粒DNA可以吸附到高負載阿霉素的MSNs（粒徑250nm 介孔孔徑23nm）。

3 前景展望

MSN作為基因載體進行腫瘤治療已取得較大進展，但仍存在很多問題。相信隨著技術(shù)的進步，針對腫瘤的組織學類型或其特定的基因背景，可以誕生一系列優(yōu)越的治療系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的治療手段相結(jié)合，使人類能最終攻克腫瘤。

參考文獻

[1]Xia T，Kovochich M，Liong M，et al.Polyethyleneimine coating enhances the cellular uptake of mesoporous silica nanoparticles and allows safe delivery of siRNA and DNA con-structs [J].ACS Nano，2009，3 （10）：3273–3286.

[2]Meng HA，Liong M，Xia T，et al.Engineered design of mesoporous silica nanoparticles to deliver DOXorubicin and P-glycoprotein siRNA to overcome drug resistance in a cancer cell line [J].ACS Nano，2010，4（8）：4539–4550.

[3]Wang TT，Chai F，F(xiàn)u Q，et al..Uniform hollow mesoporous silica nanocages for drug delivery in vitro and in vivo for liver cancer therapy [J].J Mater Chem，2011，21（14）：5299–5306.

[4]Li X，Xie QR，Zhang J，et al.The packaging of siRNA within the mesoporous structure of silica nanoparticles [J]. Biomaterials ， 2011，32（35）：9546–9556.

[5]Gao F，Botella P，Corma A，et al.Monodispersed mesoporous silica nanoparticles with very large pores for enhanced adsorption and release of DNA [J].J Phys Chem B，2009，113 （6）：1796-804.

[6]Kim MH，Na HK，Kim YK，et al.Facile synthesis of monodispersed mesoporous silica nanoparticles with ultralarge pores and their application in gene delivery [J]. ACS Nano，2011，5（5）：3568–3576.