基于聚酰胺胺樹(shù)狀大分子的納米診療試劑的制備及其腫瘤成像和治療應(yīng)用進(jìn)展

朱靜怡，繆文俊，黃 和

(南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，江蘇南京211800)

癌癥作為影響人類(lèi)健康的頭號(hào)殺手，在臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物及化學(xué)等領(lǐng)域受到普遍關(guān)注，基于腫瘤的局部浸潤(rùn)性及遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移特性，致使癌癥的治愈概率和治療費(fèi)用與癌癥的診斷階段密切相關(guān)[1-2]。因此，及早發(fā)現(xiàn)、及早治療是治愈癌癥的有效方法。傳統(tǒng)治療癌癥的方法存在一定的局限性，例如：手術(shù)治療會(huì)引起相關(guān)組織臟器病變，具有一定的負(fù)面影響；放射性治療必然會(huì)附帶有一定的毒副作用，放射治療射野的寬廣決定了毒副作用的面積[3-4]。目前，納米科學(xué)技術(shù)作為一門(mén)新興的技術(shù)，其在生物醫(yī)藥、生命科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用引起了研究者的極大關(guān)注，尤其在癌癥的早期診斷與治療方面[5]。

樹(shù)狀大分子作為一種新型的高度支化的合成大分子[6-7]，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其受到廣泛關(guān)注，其分子量及尺寸隨著代數(shù)的增加而增加(圖1(a))，且擁有極為精確的內(nèi)核、各個(gè)分支伸展所形成的內(nèi)部空腔和表面眾多功能基團(tuán)(圖1(b))[8-9]，由于其分子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)樹(shù)狀，因此稱(chēng)之為樹(shù)狀大分子。因其精確可控的結(jié)構(gòu)和表面眾多的可修飾基團(tuán)，使其擁有良好的理化性質(zhì)，可作為良好的納米平臺(tái)用于構(gòu)建納米成像試劑、藥物及基因遞送系統(tǒng)[8-11]。當(dāng)樹(shù)狀大分子研究至第四代時(shí)，其結(jié)構(gòu)猶如球形，良好的兩親性質(zhì)使其易于進(jìn)行多功能修飾，良好的生物相容性使其能夠經(jīng)腎臟排出，不在體內(nèi)沉積，從而更具有在體內(nèi)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

圖1 典型的聚酰胺胺樹(shù)狀大分子的模型示意圖[8]Fig.1 Schematic illustration of model of typical poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers[8]

目前，許多生物醫(yī)學(xué)研究者通過(guò)將成像試劑、靶向試劑和藥物分子修飾在樹(shù)狀大分子表面，金屬納米顆粒及分子藥物包裹在其內(nèi)部，構(gòu)建納米復(fù)合材料，進(jìn)行獨(dú)特的生物醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用[12-14]。其中，聚酰胺胺(poly(amidoamine),PAMAM)樹(shù)狀大分子作為一種陽(yáng)離子型樹(shù)狀大分子，是使用最為普遍的樹(shù)狀大分子材料。目前，PAMAM樹(shù)狀大分子的主要制備方法包括：發(fā)散法[15]、收斂法[16]、發(fā)散收斂共用法[17]和固相合成法[18]。其中，以丙烯酸酯單體為起點(diǎn)，發(fā)散法合成樹(shù)狀大分子已廣泛應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)從第一代到第十三代樹(shù)狀大分子的高產(chǎn)量合成[17]。但仍停留在實(shí)驗(yàn)室中作為基礎(chǔ)研究中最典型的方法是發(fā)散法和收斂法。

目前，針對(duì)腫瘤成像及治療，傳統(tǒng)的造影劑及治療試劑均存在各自缺陷。在腫瘤診斷方面，X線(xiàn)斷層成像(X-ray computed tomography imaging，CT)利用體內(nèi)不同組織臟器對(duì)X線(xiàn)具有不同的透過(guò)率進(jìn)而對(duì)人體進(jìn)行掃描成像[14]。在臨床醫(yī)學(xué)中常用的CT造影劑是基于碘的小分子造影劑，如，歐乃派克和泛影酸等。這類(lèi)基于碘的小分子造影劑具有較短的體內(nèi)成像時(shí)間、較短的血液循環(huán)時(shí)間及一定的腎臟毒性[19]，這些缺陷阻礙了其在體內(nèi)良好的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)則是利用射頻波及磁場(chǎng)引起氫原子核的共振，收集電磁信號(hào)以獲取目標(biāo)觀察部位圖片的成像技術(shù)[20-22]。常見(jiàn)的MRI造影劑包括陽(yáng)性造影劑及陰性造影劑。陽(yáng)性造影劑的成像元素主要有釓(Gd)及錳(Mn)[23-26]，陰性造影劑主要有氧化鐵納米粒子[27-28]。小分子釓基造影劑由于較小的分子量而具有較短的血液循環(huán)時(shí)間，無(wú)組織特異性。而未經(jīng)修飾的錳基及氧化鐵納米造影劑具有較差的穩(wěn)定性，不易長(zhǎng)期保存。這些缺陷影響了其在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的MRI成像。

正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(positron emission computed tomography，PET)和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(single photon emission computed tomography，SPECT)則是收集、顯示放射性核素在體內(nèi)的分布情況，以獲取各組織器官的生命活動(dòng)信息。其作為重要的功能成像技術(shù)，能即時(shí)顯示組織器官的功能變化[27,29]。常見(jiàn)的成像核素有鎵-67(67Ga)、碘-131(131I)、锝-99m(99mTc)及鉈-201(201Tl)等[30]。由于核素自身的放射性，因此，在進(jìn)行病灶部位病理成像的同時(shí)，對(duì)正常組織器官也具有一定的輻射作用，往往游離的小分子核素易于非特異性黏附于正常組織臟器中，對(duì)正常組織臟器具有一定的輻射傷害，限制了其在體內(nèi)的核醫(yī)學(xué)成像。

在腫瘤治療方面，化學(xué)治療和核醫(yī)學(xué)治療是其中重要的手段，化學(xué)藥物和放射性藥物雖具有較強(qiáng)的抗腫瘤效果，但其無(wú)特異性，在抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)的同時(shí)，對(duì)正常組織及細(xì)胞也具有一定的損傷，經(jīng)體內(nèi)循環(huán)傳輸至病灶部位的藥物濃度不高的情況下，往往具有較低的治療效率[31]。

因此，為彌補(bǔ)傳統(tǒng)的造影劑及治療試劑的缺陷，目前已有研究者以PAMAM樹(shù)狀大分子為載體構(gòu)建納米診療體系，并經(jīng)研究證實(shí)其可對(duì)腫瘤進(jìn)行精確診斷和高效治療。診療類(lèi)型涵蓋CT成像和化學(xué)治療構(gòu)成的診療體系、MRI成像和化學(xué)治療構(gòu)成的診療體系、SPECT成像和放射性治療構(gòu)成的診療體系及其他新型的納米診療體系，同時(shí)，它們也分別具有不同的成像特性及治療效果。

因此，本綜述以PAMAM樹(shù)狀大分子為載體，歸納不同類(lèi)型的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的納米診療試劑的制備方法及其成像和治療應(yīng)用，以期為相關(guān)研究提供參考。

1 基于PAMAM樹(shù)狀大分子的CT成像及化學(xué)治療診療試劑的研究進(jìn)展

PAMAM樹(shù)狀大分子由于具有良好的理化性質(zhì)，在構(gòu)建有機(jī)-無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料方面被普遍使用。已經(jīng)有研究將其作為成像試劑的載體，用于構(gòu)建納米造影劑，與眾多金屬納米顆粒進(jìn)行結(jié)合[14,23,28]。與此同時(shí)，它也作為良好的藥物載體，用于構(gòu)建納米載藥體系[12-13]。目前已有相關(guān)研究者將成像試劑與小分子化學(xué)藥物同時(shí)負(fù)載在PAMAM樹(shù)狀大分子上以構(gòu)建納米診療試劑。

Zhu等[32]利用第5代PAMAM樹(shù)狀大分子(G5.NH2)為載體，首先，將抗癌藥物a-維生素E琥珀酸酯(a-TOS)的羧基端通過(guò)1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)活化，并與聚乙二醇的端位氨基反應(yīng)生成TOS-PEG-COOH，并以同樣的EDC偶聯(lián)反應(yīng)的方式將葉酸(FA)與聚乙二醇反應(yīng)生成FA-PEG-COOH；然后，將樹(shù)狀大分子表面修飾熒光示蹤分子異硫氰酸熒光素(FI)，接著用EDC偶聯(lián)反應(yīng)將TOS-PEG-COOH和FA-PEG-COOH修飾在樹(shù)狀大分子表面構(gòu)建功能化樹(shù)狀大分子模板；最后，通過(guò)硼氫化鈉(NaBH4)還原氯金酸的方法將該功能化樹(shù)狀大分子內(nèi)部包裹納米金顆粒(Au DENPs)，形成納米診療試劑用于腫瘤CT成像及化學(xué)治療(圖2(a))。構(gòu)建的金納米材料(Au NPs)平均粒徑約為3.3 nm，每個(gè)樹(shù)狀大分子表面修飾有9.8個(gè)抗癌藥物a-維生素E琥珀酸酯，且構(gòu)建的納米診療材料在不同pH、溫度及溶劑條件下具有良好的穩(wěn)定性?；谌~酸的修飾，使形成的納米診療試劑能夠與高葉酸受體表達(dá)的癌細(xì)胞特異性結(jié)合。金納米顆粒由于具有較高的X線(xiàn)衰減系數(shù)，因此可作為良好的CT成像試劑。a-維生素E琥珀酸酯的修飾，使構(gòu)建的納米診療試劑具有較高的體內(nèi)體外腫瘤治療功效。這樣以樹(shù)狀大分子作為載體，同時(shí)負(fù)載CT成像試劑與化學(xué)治療試劑，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的靶向腫瘤CT成像及靶向腫瘤化學(xué)治療作用(圖2(b))。為了深入研究a-維生素E琥珀酸酯共價(jià)鍵合的功能化樹(shù)狀大分子包裹納米金顆粒的抗癌機(jī)制，Zhu等[33]又建立了多肽精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp，RGD)靶向的a-維生素E琥珀酸酯共價(jià)鍵合的Au DENPs體系，研究發(fā)現(xiàn)：RGD靶向的a-維生素E琥珀酸酯共價(jià)鍵合的Au DENPs能誘導(dǎo)癌細(xì)胞產(chǎn)生出比純a-維生素E琥珀酸酯更高水平的活性氧，從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)Annexin V-FITC/碘化丙啶雙染實(shí)驗(yàn)，可知RGD靶向的a-維生素E琥珀酸酯共價(jià)鍵合的Au DENPs能誘導(dǎo)產(chǎn)生比純a-維生素E琥珀酸酯更多的凋亡細(xì)胞、早期凋亡細(xì)胞及死細(xì)胞。該研究解釋了a-維生素E琥珀酸酯共價(jià)鍵合的Au DENPs具有較高的體內(nèi)體外抗癌活性的原因。

圖2 (a)Au-TOS-FA DENPs的合成示意圖；(b)U87MG異種移植瘤在處理前及經(jīng)過(guò)Au-TOS-FA DENPs(1)和 Au-TOS DENPs(2)處理后不同時(shí)間點(diǎn)下的橫斷面CT成像圖[32]Fig.2 Schematic illustration of the synthesis of Au-TOS-FA DENPs (a).Representative transverse CT images of the U87MG tumor xenografts in nude mice before and after intravenous injection of Au-TOS-FA (1) and Au-TOS (2) DENPs at different time points,respectively (b)[32]

Zheng等[34]將葉酸和甲氨蝶呤(MTX)功能化的第5代PAMAM樹(shù)狀大分子作為模板，利用NaBH4還原氯金酸的方法將該功能化的樹(shù)狀大分子內(nèi)部包裹納米金顆粒構(gòu)建納米診療體系(Au DENPs)，基于葉酸的靶向特異性，使該納米診療試劑特異性地與高葉酸受體表達(dá)的癌細(xì)胞結(jié)合，從而提高高葉酸受體表達(dá)的癌細(xì)胞的材料內(nèi)吞量，再加上甲氨蝶呤的藥物作用，使其能夠特異性抑制癌細(xì)胞的增長(zhǎng)(圖3(a))。與此同時(shí)，金納米顆粒起到CT成像的功能和檢測(cè)作用(圖3(b))。

圖3 (a)MTT法測(cè)試高葉酸受體表達(dá)的KB細(xì)胞 (KB-HFAR)和低葉酸受體表達(dá)的KB細(xì)胞 (KB-LFAR)分別經(jīng)G5-FA-MTX樹(shù)狀 大分子和[(Au0)50-G5-FA-MTX]DENPs 處理后的細(xì)胞活性圖；(b)[(Au0)50-G5- FA-MTX]DENPs和歐乃派克的橫斷面CT 成像圖[34]Fig.3 MTT assay of the viability of KB-HFAR and KB-LFAR cells treated with G5-FA-MTX dendrimers and [(Au0)50-G5-FA-MTX] DENPs(a)，transverse CT images (b) of [(Au0)50-G5-FA-MTX]DENPs[34]

時(shí)至今日，構(gòu)建的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的集腫瘤CT成像和化學(xué)治療為一體的納米診療材料，主要圍繞以樹(shù)狀大分子為模板包裹金納米顆粒，并在此基礎(chǔ)上利用其氨端基團(tuán)共價(jià)鍵合抗癌化學(xué)藥物來(lái)實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建的該種納米復(fù)合診療材料具有良好的穩(wěn)定性，且基于樹(shù)狀大分子的模板作用可以調(diào)控金納米顆粒的大小。以樹(shù)狀大分子為載體，通過(guò)功能化修飾，使其具有腫瘤精準(zhǔn)CT成像及高效治療的功效，可在監(jiān)控癌癥病情的同時(shí)實(shí)現(xiàn)其前期的治療。

但目前基于PAMAM樹(shù)狀大分子的CT成像及化學(xué)治療診療試劑仍然存在些許不足，為了實(shí)現(xiàn)較高的腫瘤化學(xué)治療效率，往往需要在PAMAM樹(shù)狀大分子上載入大量的化學(xué)藥物，但疏水性化學(xué)藥物的載入會(huì)影響樹(shù)狀大分子包裹的金納米顆粒的穩(wěn)定性及水溶性，長(zhǎng)時(shí)間保存后較易沉淀。因此，構(gòu)建功能化PAMAM樹(shù)狀大分子，使其在兼具高化學(xué)治療效率的同時(shí)具有良好的穩(wěn)定性及水溶性仍是目前亟待解決的問(wèn)題，這也為基于PAMAM樹(shù)狀大分子的CT成像及化學(xué)治療診療試劑的進(jìn)一步完善指明了方向。

2 基于PAMAM樹(shù)狀大分子的MRI成像及化學(xué)治療診療試劑的研究進(jìn)展

Zhu等[35]利用第5代PAMAM樹(shù)狀大分子(G5.NH2)優(yōu)良的理化性質(zhì)，內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)可包裹金屬納米顆粒或配位化合抗癌藥物，表面豐富的氨基可進(jìn)行多功能化修飾，構(gòu)建了釓離子負(fù)載的功能化樹(shù)狀大分子/阿霉素配位化合物用于癌細(xì)胞的靶向診療。首先，將釓離子螯合劑2,2′,2″-(10-(2-(2,5-二氧代吡咯烷-1-氧基)-2-氧乙基)-1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-1,4,7-三)三乙酸(DOTA-NHS)端位的琥珀酰亞胺酯與樹(shù)狀大分子表面氨基反應(yīng)生成G5.NH2-DOTA，再將聚乙二醇化的葉酸(PEG-FA)通過(guò)EDC偶聯(lián)作用修飾在樹(shù)狀大分子表面；然后，利用DOTA螯合釓離子；最后，再通過(guò)功能化樹(shù)狀大分子內(nèi)部空腔配位化合阿霉素(DOX)構(gòu)建該納米診療體系G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX。每個(gè)樹(shù)狀大分子內(nèi)部配位化合8.5個(gè)DOX分子，且構(gòu)建的納米診療材料在不同pH條件下穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)DOX的緩釋。

葉酸的修飾使形成的納米材料能夠與高葉酸受體表達(dá)的癌細(xì)胞特異性結(jié)合，高葉酸受體表達(dá)的KB細(xì)胞(KB-HFAR)和低葉酸受體表達(dá)的KB細(xì)胞(KB-LFAR)分別經(jīng)不同釓離子濃度的G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX孵化3 h后，能實(shí)現(xiàn)靶向癌細(xì)胞MRI成像(圖4(a))。由于DOX的配位化合，形成的納米診療材料具有一定的體外抗癌活性，KB-HFAR細(xì)胞和KB-LFAR細(xì)胞分別經(jīng)DOX濃度為1 μmol/L的G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX和G5.NHAc-DOTA(Gd)-mPEG/DOX孵化3 h后，基于FA的靶向作用，形成的納米診療試劑G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX能夠?qū)崿F(xiàn)靶向癌細(xì)胞MRI成像及治療的效果(圖4(b))。

Chang等[36]利用mPEG-NH2與表面經(jīng)過(guò)甲酸酯功能化的第2.5代PAMAM樹(shù)狀大分子(G2.5 PAMAM)反應(yīng)制備得到的mPEG-G2.5 PAMAM作為載體，并將mPEG-G2.5 PAMAM表面剩余甲酸酯與肼反應(yīng)得到酰胺肼功能化的第2.5代PAMAM樹(shù)狀大分子，再以酰胺肼作為反應(yīng)基團(tuán)與DOX非芳香環(huán)上的羰基反應(yīng)，形成腙鍵，構(gòu)建DOX共價(jià)鍵合的功能化第2.5代PAMAM樹(shù)狀大分子(mPEG-G2.5-DOX)。然后，通過(guò)水熱合成法將乙酰丙酮鐵溶解于二芐醚和油胺的混合液中，快速升溫至300 ℃反應(yīng)1 h，通過(guò)離心獲得超順磁性氧化鐵(IONPs)納米材料。最后，通過(guò)配體交換反應(yīng)將制備得到的mPEG-G2.5-DOX修飾在IONPs表面，構(gòu)建mPEG-G2.5-DOX@IONPs(圖5)。由于DOX通過(guò)腙鍵共價(jià)鍵合在IONPs表面，因此，該納米診療體系具有pH響應(yīng)藥物緩釋作用。基于腫瘤的高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)(enhanced permeability and retention effect,EPR)，構(gòu)建的納米診療體系能將DOX較多地輸送至腫瘤處，且IONPs具有MRI成像的功能，可在進(jìn)行腫瘤治療的同時(shí)進(jìn)行MRI成像。

Chang等[37]又以FA作為靶向分子，利用PEG將FA修飾到第3.5代PAMAM樹(shù)狀大分子(G3.5.NH2)表面，將抗癌藥物紫杉醇(PTX)上的羥基與琥珀酸反應(yīng)合成羧基化的PTX(PTX-COOH)，之后通過(guò)EDC偶聯(lián)反應(yīng)活化PTX-COOH上的羧基，使其與G3.5.NH2上剩余的氨基反應(yīng)制備得到FA-PEG-G3.5-PTX，進(jìn)一步再修飾熒光示蹤分子Cy5.5，通過(guò)配體交換反應(yīng)將FA-PEG-G3.5-PTX-Cy5.5穩(wěn)定IONPs形成FA-PEG-G3.5-PTX-Cy5.5@IONPs復(fù)合材料。構(gòu)建的納米診療材料對(duì)酸敏感，可在腫瘤部位弱酸性環(huán)境下實(shí)現(xiàn)藥物緩釋?zhuān)以隗w內(nèi)具有良好的靶向腫瘤MRI成像的效果。

而Luong等[38]以第4代PAMAM樹(shù)狀大分子為載體，通過(guò)與超順磁性氧化鐵納米顆粒(SPIONs)和化學(xué)抗癌藥物3,4-二氟苯亞甲基姜黃素(CDF)結(jié)合構(gòu)建納米診療體系。首先，通過(guò)共沉淀法制備SPIONs，即將氯化鐵及氯化亞鐵溶解于0.4 mol/L的鹽酸中，并置于圓底燒瓶中加熱至80 ℃反應(yīng)1 h，將形成的SPIONs通過(guò)磁分離獲得，將SPIONs表面修飾3-氨丙基三甲氧基硅烷后，再與琥珀酰酐反應(yīng)，使SPIONs表面羧基化形成SPIONs-COOH；之后，將葉酸修飾的PAMAM樹(shù)狀大分子(FA-PAMAM)與SPIONs-COOH通過(guò)碳二亞胺(DCC)偶聯(lián)反應(yīng)結(jié)合形成SPIONs@FA-PAMAM；最后，利用樹(shù)狀大分子內(nèi)部疏水空腔包裹抗癌藥物分子CDF構(gòu)建靶向納米診療材料SPIONs@FA-PAMAM-CDF，其能夠與高葉酸受體表達(dá)的卵巢癌SKOV3細(xì)胞和宮頸癌HeLa細(xì)胞特異性結(jié)合。

圖4 (a)高葉酸受體表達(dá)的KB細(xì)胞(KB-HFAR)和低葉酸受體表達(dá)的KB細(xì)胞(KB-LFAR)經(jīng)G5.NHAc-DOTA (Gd)-PEG-FA/DOX孵化后的T1 MR成像圖(上)和對(duì)應(yīng)的MR信號(hào)值(下)；(b)KB-HFAR細(xì)胞和 KB-LFAR細(xì)胞分別G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX和G5.NHAc-DOTA(Gd)-mPEG/DOX 孵化后的靶向癌細(xì)胞活性圖[35]Fig.4 T1-weighted MR images (up) and MR SNRs (down) of KB-HFAR and KB-LFAR cells incubated with the G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX (a).The targeted cancer cells viability ofKB-HFAR and KB-LFAR cells after treatment with the G5.NHAc-DOTA(Gd)-PEG-FA/DOX and G5.NHAc-DOTA(Gd)- mPEG/DOX complexes,respectively (b)[35]

圖5 單價(jià)覆蓋配體ODA與mPEG-G2.5-DOX之間的直接交換反應(yīng)示意[36]Fig.5 Schematic diagram showing direct exchange reactions between the monovalent capping ligand ODA and the mPEG-G2.5-DOX ligand[36]

根據(jù)在MRI成像領(lǐng)域常用的金屬元素釓及超順磁性氧化鐵納米顆粒，研究者們通過(guò)設(shè)計(jì)將PAMAM樹(shù)狀大分子與該種MRI成像元素相結(jié)合，并通過(guò)內(nèi)部物理包裹或共價(jià)鍵合的形式負(fù)載化學(xué)抗癌藥物，實(shí)現(xiàn)腫瘤MRI成像及化學(xué)治療的目的。其中，PAMAM樹(shù)狀大分子不僅僅作為載體負(fù)載MRI成像試劑，也是作為穩(wěn)定劑增強(qiáng)納米材料水溶性、穩(wěn)定性及生物相容性，實(shí)現(xiàn)其在體內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。但往往由于形成的Fe3O4納米顆粒尺寸較大，在長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中仍然易于沉淀，這就使得通過(guò)樹(shù)狀大分子介導(dǎo)的氧化鐵納米診療材料在功能化修飾方面仍需提高，為發(fā)展生物相容性更為良好的功能分子提供了思路。

3 基于PAMAM樹(shù)狀大分子的SPECT成像及放射性治療診療試劑的研究進(jìn)展

核醫(yī)學(xué)成像及治療均是基于放射性核素自身的特性，能夠發(fā)射出特定的射線(xiàn)進(jìn)行功能成像及治療。許多研究工作者將放射性核素的特性與樹(shù)狀大分子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)特定部位的核醫(yī)學(xué)成像及治療。

Zhu等[39]利用放射性核素碘-131(131I)的特性，可同時(shí)發(fā)射出γ線(xiàn)用于SPECT成像和β線(xiàn)用于放射性治療。以第5代PAMAM樹(shù)狀大分子為載體，首先，通過(guò)EDC將FA上的羧基活化，再與聚乙二醇上的氨基反應(yīng)生成PEG-FA；然后，將3-(4-羥基苯基)丙酸N-羥基琥珀酰亞胺酯(HPAO)通過(guò)琥珀酰亞胺酯與樹(shù)狀大分子表面氨基共價(jià)鍵合，與此同時(shí)，將得到的PEG-FA通過(guò)EDC偶聯(lián)法修飾在樹(shù)狀大分子表面，構(gòu)建G5.NH2-HPAO-PEG-FA；最后，將樹(shù)狀大分子表面氨基乙酰化并由HPAO標(biāo)記131I，構(gòu)建具有核醫(yī)學(xué)成像和放射性治療功能的納米診療試劑(圖6(a))。制備得到的G5.NHAc-HPAO-PEG-FA功能化樹(shù)狀大分子，平均每個(gè)樹(shù)狀大分子表面修飾有9.4個(gè)HPAO，且G5.NHAc-HPAO-PEG-FA功能化樹(shù)狀大分子在0～20 μmol/L范圍內(nèi)對(duì)細(xì)胞無(wú)毒害作用，具有良好的生物相容性，能夠與高葉酸受體表達(dá)的癌細(xì)胞特異性結(jié)合。標(biāo)記131I之后具有良好的放射性穩(wěn)定性，標(biāo)記后27 h，該放射性納米診療材料的放射性化學(xué)純度仍然高于97%，具有靶向腫瘤SPECT成像及放射性治療的效果(圖6(b))。這種利用簡(jiǎn)單的樹(shù)狀大分子納米技術(shù)可以延伸開(kāi)發(fā)出更多的放射性納米診療材料，用于放射性診斷及治療不同類(lèi)型的腫瘤。

圖6 (a)131I-G5.NHAc-HPAO-PEG-FA樹(shù)狀大分子的合成示意圖；(b)C6異種移植瘤在經(jīng)過(guò)尾靜脈注射 131I-G5.NHAc-HPAO-PEG-FA和131I-G5.NHAc-HPAO-mPEG后不同時(shí)間點(diǎn)下的離體腫瘤的 SPECT成像圖[39]Fig.6 Schematic illustration of the synthesis of the131I-G5.NHAc-HPAO-PEG-FA dendrimers (a)， SPECT images of ex vivo tumors of nude mice bearing C6 xenografted tumors at different time points post intravenous injection of the 131I-G5.NHAc-HPAO-PEG-FA and 131I-G5.NHAc-HPAO-mPEG dendrimers (b)[39]

Zhao等[29]進(jìn)一步將靶向分子氯毒素(CTX)修飾在功能化第5代PAMAM樹(shù)狀大分子表面。首先，以第5代PAMAM樹(shù)狀大分子為載體，將一端修飾甲氧基另一端修飾羧基的聚乙二醇(mPEG-COOH)通過(guò)EDC偶聯(lián)法修飾在樹(shù)狀大分子表面；然后，將一端修飾馬來(lái)酰亞胺另一端修飾琥珀酰亞胺的聚乙二醇(MAL-PEG-SVA)共價(jià)鍵合在樹(shù)狀大分子表面，再利用CTX上的巰基與MAL-PEG-SVA上的馬來(lái)酰亞胺反應(yīng)制備得到CTX靶向的功能化樹(shù)狀大分子；最后，通過(guò)修飾HPAO標(biāo)記131I構(gòu)建CTX靶向納米診療試劑。形成的該放射性納米診療體系能夠與基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)過(guò)表達(dá)的癌細(xì)胞特異性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的靶向SPECT成像及放射性治療(圖7)。

He等[40]以第5代PAMAM樹(shù)狀大分子為載體，首先將馬來(lái)酰亞胺甘氨酸酰氯通過(guò)酰氯基團(tuán)與樹(shù)狀大分子表面氨基反應(yīng)制備得到馬來(lái)酰亞胺甘氨酸酰氯功能化的樹(shù)狀大分子，然后將血管靶向肽通過(guò)與馬來(lái)酰亞胺甘氨酸酰氯上的馬來(lái)酰亞胺反應(yīng)，制備得到血管靶向肽修飾的樹(shù)狀大分子，最后利用血管靶向肽分子上的苯酚結(jié)構(gòu)標(biāo)記131I(標(biāo)記效率為93%±1%)以構(gòu)建針對(duì)甲狀腺髓樣癌的診療納米傳感器，其能夠?qū)崿F(xiàn)多種類(lèi)型細(xì)胞的快速內(nèi)吞。

圖7 131I-G5.NHAc-HPAO-(PEG-CTX)-(mPEG)的示意圖；C6異種移植瘤在經(jīng)尾靜脈注射 131I-G5.NHAc-HPAO-(PEG-CTX)-(mPEG)15 h后的離體腫瘤SPECT成像圖[29]Fig.7 Schematic illustration of 131I-G5.NHAc-HPAO-(PEG-CTX)-(mPEG) dendrimers， SPECT images of ex vivo tumors of nude mice bearing C6 xenografted tumors at 15 h post intravenous injection of the 131I-G5.NHAc-HPAO-(PEG-CTX)-(mPEG) dendrimers[29]

Mendoza-Nava等[41]以第4代PAMAM樹(shù)狀大分子(PAMAM-G4)為載體，首先，將放射性核素螯合劑2-[(4-異硫氰基苯基)甲基]-1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)通過(guò)異硫氰基與PAMAM-G4上氨基反應(yīng)制備得到PAMAM-G4-DOTA；然后，用二異丙基乙胺和2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N′,N′-四甲基脲六氟磷酸酯的混合溶液活化FA和蛙皮素(bom)上的羧基，并將其修飾在PAMAM-G4-DOTA上得到PAMAM-G4-DOTA-FA-bom；最后，通過(guò)螯合劑DOTA將放射性核素镥-177(177Lu)標(biāo)記在PAMAM-G4-DOTA-FA-bom上，以NaBH4還原氯金酸的方法使樹(shù)狀大分子內(nèi)部包裹納米金顆粒，合成具有較高放射性化學(xué)純度(>95%)的納米診療試劑，可用于乳腺癌的光學(xué)/核醫(yī)學(xué)成像及放射性治療。

根據(jù)部分放射性核素可同時(shí)進(jìn)行核醫(yī)學(xué)成像及放射性治療的性質(zhì)，結(jié)合PAMAM樹(shù)狀大分子優(yōu)異的模板特性，近年來(lái)發(fā)展的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的放射性診療體系實(shí)現(xiàn)了良好的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。以樹(shù)狀大分子為介導(dǎo)不僅僅提高了小分子核素在體內(nèi)的血液循環(huán)時(shí)間，更重要的是通過(guò)樹(shù)狀大分子進(jìn)行功能化修飾提高了材料的放射穩(wěn)定性及在腫瘤部位的富集量，能實(shí)現(xiàn)腫瘤部位較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控并有效地治療腫瘤。

4 其他新型的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的診療試劑的研究進(jìn)展

除了以上所描述的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的CT成像及化學(xué)治療診療試劑、基于PAMAM樹(shù)狀大分子的MRI成像及化學(xué)治療診療試劑、基于PAMAM樹(shù)狀大分子的SPECT成像及放射性治療診療試劑之外，仍有許多新型的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的納米診療材料的相關(guān)報(bào)道。

Wei等[42]以第3代PAMAM樹(shù)狀大分子為載體構(gòu)建納米診療體系，用于腫瘤的CT成像/熱成像、光熱治療/基因治療。首先，將第3代PAMAM樹(shù)狀大分子與巰基乙酸甲酯反應(yīng)得到巰基化的樹(shù)狀大分子(G3-SH)；通過(guò)金種子合成法制備納米金星(Au NSs)材料后，將G3-SH通過(guò)Au-S鍵修飾在Au NSs表面形成Au DSNSs；然后，將RGD靶向肽與聚乙二醇(NH2-PEG-COOH)共價(jià)鍵合制備得到的RGD-PEG-COOH通過(guò)EDC偶聯(lián)法修飾在G3-SH表面構(gòu)建RGD靶向的功能化金納米星(RGD-Au DSNSs)；最后，將構(gòu)建的載體RGD-Au DSNSs用來(lái)配位化合小干擾RNA(siRNA)，應(yīng)用于腫瘤的CT成像/熱成像、光熱治療/基因治療方面。在近紅外激光照射下，經(jīng)RGD-Au DSNS/siRNA孵化的癌細(xì)胞的細(xì)胞活性只有20.2%，低于經(jīng)單獨(dú)的光熱治療或基因治療的癌細(xì)胞活性，具有較高的治療效率。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證明構(gòu)建的新型納米材料能實(shí)現(xiàn)腫瘤的CT成像/熱成像、光熱治療/基因治療。

Wong等[43]以第5代PAMAM樹(shù)狀大分子為載體，將其功能化與上轉(zhuǎn)換納米材料結(jié)合構(gòu)建納米診療體系。首先，將上轉(zhuǎn)換納米晶體氟釔化鈉(NaYF4)摻雜鑭系元素鐿/鉺(Yb/Er)制備得到NaYF4:Yb/Er，即通過(guò)熱分解法將三氟乙酸鈉、三氟乙酸釔、三氟乙酸鐿和三氟乙酸鉺混合，將油酸/油酸鈉作為混合配體加入，在熱分解過(guò)程中通過(guò)調(diào)控油酸鈉的加入量以改變上轉(zhuǎn)換納米晶體的尺寸。然后，將鄰-硝基芐基化的DOX和FA共價(jià)鍵合在表面羧基化的樹(shù)狀大分子上；最后，將功能化的樹(shù)狀大分子通過(guò)其表面羧基與表面氨基化的上轉(zhuǎn)換納米晶反應(yīng)構(gòu)建納米診療體系。形成的該納米診療材料能被KB細(xì)胞特異性吞噬。結(jié)果表明：在特定光源照射下，構(gòu)建的納米診療試劑能抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型癌細(xì)胞的近紅外(NIR)成像及光控制藥物緩釋。

新型的基于PAMAM樹(shù)狀大分子納米診療試劑的構(gòu)建也是基于新型納米光熱材料及上轉(zhuǎn)換納米材料的興起，結(jié)合不同成像試劑及治療試劑的特性，相互輔助以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。其中，樹(shù)狀大分子即可作為良好的生物相容性分子改善納米診療體系的生物相容性，還可作為介導(dǎo)分子引入治療試劑或其他功能分子，以構(gòu)建出更貼近臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的納米材料。新型成像方式及治療手段的結(jié)合提高了腫瘤診療的多樣性，也提高了腫瘤診療的精確性及高效性。

5 總結(jié)與展望

筆者系統(tǒng)總結(jié)了基于PAMAM樹(shù)狀大分子的納米診療試劑的制備及其腫瘤成像和治療應(yīng)用，綜述了幾種基于PAMAM樹(shù)狀大分子的納米診療試劑，涵蓋基于PAMAM樹(shù)狀大分子的CT成像及化學(xué)治療診療試劑，基于PAMAM樹(shù)狀大分子的MRI成像及化學(xué)治療診療試劑，基于PAMAM樹(shù)狀大分子的SPECT成像及放射性治療診療試劑，其他新型的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的診療試劑，發(fā)現(xiàn)這種類(lèi)型的納米診療試劑可利用溫和的PAMAM樹(shù)狀大分子納米技術(shù)制備，與此同時(shí)，利用功能化樹(shù)狀大分子的優(yōu)良性質(zhì)彌補(bǔ)小分子藥物在體內(nèi)較短的血液循環(huán)時(shí)間、無(wú)特異性造成的毒副作用等。將成像試劑和治療試劑同時(shí)負(fù)載在PAMAM樹(shù)狀大分子上，可進(jìn)行腫瘤的早期精確診斷和有效治療，定期觀察可實(shí)現(xiàn)腫瘤的有效監(jiān)控。

此類(lèi)納米診療材料的制備具有一定的靈活性，也是基于PAMAM樹(shù)狀大分子精確可控的尺寸和結(jié)構(gòu)以及表面可功能化修飾的特點(diǎn)，這是PAMAM樹(shù)狀大分子生物醫(yī)用納米材料未來(lái)發(fā)展的基礎(chǔ)，但是PAMAM樹(shù)狀大分子包裹的金屬納米材料所構(gòu)建的納米診療試劑仍具有一定的缺陷，需選擇合適的反應(yīng)條件才能制備出膠體穩(wěn)定性良好的納米顆粒，這就需要從構(gòu)建性質(zhì)更為良好的功能化樹(shù)狀大分子入手，提高功能化樹(shù)狀大分子的理化性能。隨著更多更為新奇的分子成像試劑及治療藥物的出現(xiàn)，可與PAMAM樹(shù)狀大分子結(jié)合，從而制備出更為新型的基于PAMAM樹(shù)狀大分子的復(fù)合納米材料。相信隨著科技進(jìn)步和納米技術(shù)的不斷提升，在不久的將來(lái)，基于PAMAM樹(shù)狀大分子的納米診療試劑能從基礎(chǔ)研究逐漸轉(zhuǎn)向臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用，成為臨床醫(yī)用產(chǎn)品，真正診斷與治愈癌癥病患。