文摘
常规治疗男性最常见的一种疾病的可能性,即。,前列腺癌也有副作用。基于基因疗法如核、CRISPR / Cas9 pDNA,和microrna的出现作为一种替代方法,打击posttherapy副作用和耐药性。功能化磁性纳米颗粒已经适当地修改和一些较为有效地传递基因的活性化合物前列腺肿瘤细胞。这个评论文章的主要目的是突出的策略目前用于治疗前列腺癌使用遗传物质的磁性纳米颗粒对交付使用的被动和主动(ligand-based)目标。进一步讨论了挑战,有效的治疗肿瘤的网站和他们的补救方法。最后,它提供了一个未来发展的肿瘤特异性修饰的磁性纳米颗粒对抗前列腺癌。
1。介绍
除了肺癌,前列腺癌(PCa)是男性最常见的癌症,尤其是在发达国家1,2]。它是第二个最常见的原因在美国男性的死亡率(2]。以来积累的突变引起的疾病是在正常前列腺细胞,赋予他们恶性表型,治疗策略依赖于主成分分析的阶段。传统的策略治疗手术,化疗,放疗,激素疗法(3]。如果在癌症,化疗可以用于治疗(4,5]。然而,缺乏特异性,系统性毒性,肿瘤细胞耐药性的发展限制了化疗的使用(6]。根治性前列腺切除术(RP)和治疗放疗(RT)是另一个选择(7),最常见的局限性前列腺癌(8]。但这些类型的治疗可以相对不安全,不可靠,导致性和尿路障碍,并可能诱导耐药(9]。
然而,一线治疗提高生存和减少主要转移性前列腺癌的发病率是雄激素阻断疗法(ADT)也称为称为激素治疗(10,11]。它是治疗转移性前列腺癌的主要方法和复发癌症3]。其目的是控制癌症通过降低肿瘤细胞的血睾酮的水平依赖于生存和实现通过使用抗雄激素,促黄体激素释放激素(LHRH)拮抗剂和LHRH受体激动剂(12,13]。然而,这些治疗措施并不是专门针对PCa并导致严重的副作用,可以与复发的机会更激进androgen-independent形式称为castrate-resistant前列腺癌(CRPC) [14,15]。治疗后CRPC ADT是非常困难的因为治疗疗效缓慢下降的2]。
因此,消除前列腺癌尤其是一直挑战由于其高度异构和特定的性质。提高常规药物的效率,人们和纳米粒子已经开发交付的目的(16]。最近,大量antiprostate抗癌药物交付方法提出了(17]。例如,前列腺癌化疗药物如紫杉醇和多烯紫杉醇可以在高剂量专门针对前列腺肿瘤,避免许多副作用在正常细胞(11]。
但是,与传统的治疗交付方法,使用核酸基因传递有许多优点,如在nondruggable可用目标(15,18]。此外,核酸非常具体和行动迅速,高效力(19]。击倒或激活不同类型的癌基因和肿瘤抑制基因显示潜在的导致前列腺癌的治疗。磁性纳米颗粒还可以为成像功能磁共振成像造影剂等实体肿瘤的前列腺肿瘤(20.]。有这么多不同的角色从运载工具MRI造影剂,本文特别强调了磁性纳米颗粒的应用前景在前列腺癌基因治疗。还讨论了技术用于有针对性的交付和揭示了各种基因传递的障碍以及其可能的缓解方法。
2。磁性纳米颗粒基因疗法
基因治疗的潜在好处在于疾病治疗遗传疾病,病毒感染和癌症。最近,不同类型的磁性纳米颗粒已经发展为癌症诊断和治疗(21]。他们的尺寸使其表面功能化的理想人选。这些修改的基础高度多样化的制药和生物医学应用,如诊断,药物输送,基因传递和酶的交付22]。磁性纳米颗粒受到相当大的关注,为了发展一个高效的配送系统进行体内药物和其他活性化合物。由于磁性纳米颗粒可以迎合低于100纳米大小,他们的特点像surface-volume比率越高,大的表面能和高反应性允许它们在生物医学领域有潜在的应用(23]。尽管有这些好处,很少有磁性纳米颗粒用于临床实践,部分原因是有限的在这个领域的研究。然而,一些磁性纳米颗粒目前在早期的临床试验医学成像(表目的1)。
viral-based和nonviral-based运载工具已经被用于基因疗法治疗前列腺癌。目前最常见的病毒载体用于包括腺病毒、腺相关病毒、水痘病毒、逆转录病毒、单纯疱疹病毒、慢病毒,而nonviral-based向量主要用于聚合物纳米粒子或人们24- - - - - -26]。这些向量可以很容易地修改开发不同类型的治疗系统,和他们的效率和安全性也正在评估在临床试验中。
3所示。运载系统
氧化铁纳米粒子已经适合MRI代理商提醒MRI相比基于其低毒性、检测下限和强质子弛豫特性(27]。有两种类型的磁性纳米颗粒可以靶向到肿瘤部位,即主动和被动定位。在被动靶向,磁性纳米颗粒积累所需的肿瘤部位,增强渗透性和保留(EPR)效应引起的漏水的血液血管和淋巴系统功能紊乱(22]。积累高度依赖于磁性纳米颗粒的大小、孔隙大小的漏水的血管,血液循环和纳米颗粒的半衰期。修改为靶向磁性纳米粒子与某种特定目标分子如配体、抗体、多肽取决于肿瘤的类型和目标组织表达特定的表面受体。
有很多种方法交货;在这里,我们讨论目标交付使用外部磁铁和前列腺癌的具体配体。
3.1。目标是使用外部磁铁的交付
磁性纳米颗粒能被外部控制指导纳米粒子到特定的实体瘤/组织和用于成像肿瘤。这个特性更限制肿瘤的诊断和成像在特定组织(图1)。为了这个目的,一个特定的铁浓度和基于注入身体,然后,指导纳米颗粒后到一个特定的肿瘤部位使用外部磁铁,肿瘤成像的对比是由氧化铁纳米粒子提供。例如,ferumoxtran-10 dextran-coated MNP的平均直径约为30 nm,在第三阶段的临床试验诊断前列腺癌的28]。其敏感性和特异性分别为90.5%和97.8%,分别检测前列腺癌的淋巴结病。它的功能由被动地积累在前列腺癌的转移性淋巴结。
同样,另一个应用程序的磁性纳米颗粒包括肿瘤本身的引导光照疗法。外部磁铁可以用来指导磁纳米颗粒进入他们的特定的位置,然后,可以控制药物释放光热光谱分析使用近红外或红外线发热的纳米颗粒和释放药物绑定到他们(29日]。这些外部触发药物释放可能积聚在肿瘤部位由于EPR的效果。一项研究揭示了铁的最佳尺寸3O4纳米粒子为220 nm导致更高的温度和更好的治疗效果21]。在另一项研究中,磁性碳纳米颗粒被用于光照的染料和质粒(30.]。近红外激光的辐照纳米颗粒导致温度上升允许在细胞内化。改进的基因传递系统是利用光热光谱分析开发交付组成的脂质体碳点nanohybrids (PEG-Fe / cd)和显示16°C温度上升5分钟后辐照的肿瘤组织31日]。
3.2。非磁性(Ligand-Based)目标
比被动目标更具体,活动目标包括改性纳米粒子与一些特定的配体分子如叶酸,糖,RGD肽抗体,透明质酸,然后绑定到特定的受体分子在肿瘤细胞(表2)[32,33]。高度过表达受体的定位使得这个方法更具体的对一个特定类型的癌症。例如,hsp - 70与磁性纳米粒子能够附加到CD40受体表达在神经胶质瘤细胞(34]。
前列腺癌的诊断,最常见的一种目标分子前列腺特异性膜抗原(PSMA)可以通过抗体靶向。PSMA前列腺癌是一个理想的目标,特别是在前列腺癌中表达的生产和44]。在一项研究中,磁性纳米颗粒被共轭PSMA-targeting抗体,J591,针对前列腺癌(43]。J591-bound磁NPs增强细胞铁吸收。肿瘤的MRI增强体内当使用PSMA-targeting NPs不属预定目标的NPs相比。因此,他们提供了一个证据证明PSMA-targeting可以提高前列腺癌的MRI的潜在模式。
4所示。基于交付不同的基因治疗
磁性纳米粒子功能化后核酸载体可用于提供不同类型的核酸(图2)。在这里,我们讨论最近的策略如何利用这些纳米粒子在各种应用程序和策略。
4.1。siRNA-Based基因治疗的前列腺癌
近年来,人们提出了不同的策略使用siRNA-based基因疗法治疗前列腺癌(45,46]。核与不同的基因已经利用了基因沉默抑制细胞功能的目的(47]。
例如,小王和同事、修改与PEI磁性纳米颗粒开发的多功能nanocarrier MRI以及体外基因治疗的肿瘤细胞(48]。他们建造了一个幸存的siRNA-PEI-MNP交付系统,有效地抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡和自噬的多形性胶质母细胞瘤(U251细胞)。阳离子聚合物的主要功能如贝聿铭在这项研究中的应用是有效地吸收核通过静电相互作用,从而保护酶促降解在体外。也在另一项研究中,乙二醇chitosan-based纳米粒子作为一种有效的运载工具封装siRNA以及化疗药物为克服耐药性(实现最大效率49]。在这项研究中,bcl - 2 siRNA-loaded和DOX-loaded乙二醇壳聚糖NPs均显示非常相似的理化特性,比如大小、表面性质、和pH敏感行为。nanodelivery车辆显示类似的体内biodistribution和药物动力学和增强治疗剂量依赖性的方式。
而不是直接提供核细胞,附加特定受体可以专门针对肿瘤细胞靶基因的沉默。例如,叶酸受体(FR)是一个目标明确肿瘤细胞中过表达。Biswal和同事进行的一项研究,二氢叶酸还原酶(DHFR) siRNA expressing-plasmid包裹着folate-polyethylene glycol-polyethylenimine (PEI-PEG-Fol)和交付为FR积极的人类表皮癌(KB)细胞以及FR - A549细胞(50]。结果表明,核内是KB细胞抑制了DHFR基因表达,而siRNA-nanocomplex A549细胞无法吸收。他们得出的结论是,DHFR siRNA包裹着PEG-PEI-Fol可以专门被FR阳性细胞使他们非常具体的运载工具。这种策略是专为特定的癌症类型;然而,它可以扩展到各种组织治疗交付。
仍存在一些瓶颈面对病毒的交付的siRNA阻碍成功的应用程序在活的有机体内(51]。在一项研究中,PEI-based siRNA交付系统小干扰rna从nucleolytic保护酶降解而交付特定组织(52,53]。他们通过共价改性裴附加磷脂脂质体可以减少细胞毒性,同时增加核的输出效率。
功能化的低分子量裴酪氨酸也可以提高生物相容性,稳定,沉默的功效改性纳米粒子(54]。如果需要ligand-mediated细胞吸收,可以结合裴盯住盾表面裴的指控,在耦合一个配体如anti-HER1抗体靶向52,55]。分析也超越肿瘤细胞系,涉及肿瘤异种移植组织反映更令人信服在活的有机体内实验。这是明显的siRNA-mediated沉默靶基因,即。,surviving and HER2 in intact tissue and stroma revealing nanoparticle penetration and cellular efficacy. Liposomes containing iron oxide nanoparticles can also work as a heating element for temperature-triggered drug release [56]。在一项研究中,1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC)和cholesterol-containing热敏的磁性载体开发codelivery药物阿霉素的成分(针对特殊at富集结合蛋白(SATB1)胃肿瘤细胞(57]。SATB1,也被称为基因组组织者,参与调节许多癌症的恶性生物学行为,和它的降价会导致减少细胞增殖、转移,诱导细胞凋亡。DPPC热敏的导致脂质体改变从凝胶液相温度升高时(41°C),从而增加药物释放的渗透率。这项研究表明,有更高的肿瘤抑制阿霉素和SATB1 codelivered磁靶向到肿瘤部位比其他单一配方。
4.2。CRISPR / Cas9-Based基因治疗的前列腺癌
定期聚集空间短回文的重复序列(CRISPR)首次被发现在细菌编码CRISPR rna指导CRISPR-associated (Cas)入侵遗传物质核酸酶,作为自适应免疫反应系统(58- - - - - -60]。后来,II型CRISPR / Cas9系统美国生脓原这是类似于真核CRISPR系统,也是发现和主要为不同的应用程序选择在基因表达调控系统由于其高效DNA-targeting (60]。定位站点特定的DNA序列,用gRNA Cas9形成碱基对,然后介绍了作为一个双链断裂(61年]。可以改变的头20核苷酸gRNA直接Cas9特定站点提供独特的灵活性和可访问性DNA编辑(60]。最常见的方法,即。,the direct delivery of Cas9 protein along with sgRNA, is the easiest method of genome editing since there is no requirement for transcription or translation [62年]。因为大Cas9蛋白质(160 kD)连同其正电荷和负电荷sgRNA,存在主要问题与细胞CRISPR / Cas9复杂的交付。缓解Cas9蛋白质,另一种使用Cas9信使rna与sgRNA提出可轻易获得的在体外转录和走旁路核转录。此外,Cas9 mRNA迅速启动基因组编辑。
许多研究已经使用CRISPR / Cas9系统抑制某些目标基因开发新疗法对不同疾病(63年,64年]。但主要的问题是有效和安全的交付CRISPR / Cas9专门针对性的细胞(62年]。为了解决这个限制,在一项研究中,一个灵活的aptamer-liposome CRISPR / Cas9嵌合体是有效地将药物输送和开发目标(58]。这个新嵌合体包含一个专门针对生物细胞核糖核酸适体。寡核苷酸适配子被接受与阳离子脂质体的方法,并利用传输特定的生存基因,基于polo-like激酶CRISPR-Cas9肿瘤细胞。结果显示一个重要基因沉默活动体外aptamer-liposome复合物的非常具体的绑定。该方法描述细胞类型特异的CRISPR / Cas9提供一个可行的方式将形成长期治疗的基础上应用CRISPR / Cas9-based治疗。
4.3。pDNA-Based基因治疗的前列腺癌
几个质粒DNA的研究专注于交付(pDNA)到目标肿瘤细胞包括前列腺癌(65年]。在一个有趣的研究中,磁性纳米颗粒被低分子量线性裴(Mw 423年和1800年)发展一个高效、新颖的运载工具以及DNA转染剂(66年]。本研究发现,N / P比值很低的1是有效提高DNA的结合能力与裴相比。此外,这些纳米颗粒可以很容易地控制和外部磁力驱动的特定目标站点。由于N / P比值较低,需要非常少量的裴DNA交付和转染的目的,从而减少细胞的细胞毒性相对于裴浓度高。这种新方法允许少量的裴有效地分布在磁性纳米颗粒的表面。
另一项研究显示,APTES-modified二氧化硅纳米颗粒可以很容易地提供一个相对更高的纳米颗粒比DNA货物(67年]。这些纳米颗粒硅烷既结合,羟基氧化铁表面和带负电荷的DNA粒子分子的氨基酸组(68年]。
同样,APTES-modified研究了磁性纳米颗粒用于各种目的,如医学成像和DNA交货(69年,70年]。在这样的一个研究中,与阳离子聚合物APTES-MNPs被修改开发一个组合基因运载工具(71年]。阳离子聚合物的加入增加了DNA结合的能力,提高了基因转染能力,并保护DNA免受降解。更大的生物相容性、低细胞毒性负荷容量和更高的DNA,准备交付系统可以很大程度上用于广泛应用特别是在基因治疗。
4.4。miRNA-Based基因治疗
microrna很小,非编码,单链RNA分子;内生表达在细胞调控基因表达72年- - - - - -74年]。microrna基因表达调控首先绑定到3 - - - - - -UTR区域及抑制翻译mRNA转录后的水平(75年]。microrna的识别目标通过2 - 8核苷酸的序列互补5 - - - - - -microrna和3UTR区域特定的信使rna (76年,77年]。
最近,许多研究已经进行了了解前列腺癌的microrna在基因治疗中的作用。在一个报告中,polyarginine肽(R11)标记为mir - 145交付裴纳米粒子体内前列腺癌(72年]。这种组合的优势是形成一个高效转染剂可被前列腺癌。此外,准备R11-PEI nanocarrier显示非常低的细胞毒性。R11-PEI / mir - 145 nanocomplex交付后,显著抑制肿瘤的生长导致延长生存期。
4.5。Aptamer-Based基因治疗
替代nonprotein-based抗体、核酸寡核苷酸适配子可以可能用作靶向化疗药物的靶向分子。因为他们的核酸组成、核酸寡核苷酸适配子拥有一些独特的属性,如特异性高,体积小,容易在体外选择、低免疫原性和更高的灵敏度(78年- - - - - -80年]。因此,Hicke和史蒂芬斯介绍了“护送寡核苷酸适配子”的概念作为一个新的地平线适配子函数(81年]。通常,寡核苷酸适配子是为了PSMA抗原受体在前列腺癌细胞和附加到特定交割的纳米颗粒(58]。
在一项研究中,A10 RNA适配子,PSMA的配体受体在前列腺癌细胞,在磁性纳米颗粒对靶向治疗和成像(82年]。在这项研究中,A10适配子阿霉素药物用于插入到GC的适配子序列。相同的研究人员开发出一种多功能SPION-TCL-A10适配子人们PCa检测可用于磁共振成像和靶向药物输送83年]。A10适体是由核酸酶57个基点,稳定2》-fluoropyrimidine、修改RNA分子,或针对PCa细胞受体和PSMA作为阿霉素载体。此外,SPION-TCL涂carboxy-PEG-derived聚合物用于MR对比剂。盯住涂层阻止纳米粒子其羧基与蛋白质结合用于共轭目标分子如A10适体。
核磁共振用于癌症诊断和药物输送到特定的组织/细胞在许多研究[84年]。一些低氧诱导肿瘤干细胞与肿瘤转移,也一直受到缺氧诱导因子1本文适配子与锰(II)接合后修改的磁性纳米颗粒(Fe3O4/ Mn) (85年]。这些纳米颗粒有良好的生物相容性和低毒性,因此可用于增强T1和t2加权图像先生。这些纳米颗粒的主要优势是他们的特定目标的HIF-1a在缺氧条件下表达的癌症干细胞。
5。挑战使用纳米颗粒基因疗法
有几种病理障碍需要克服纳米颗粒可以专门提供他们的活性化合物(86年- - - - - -88年]。肿瘤血管是随机和不连续的内皮细胞和不一致来从100到500纳米大小(89年,90年]。因此,如果纳米粒子足够小,即。,below 500 nm, they can easily pass through the fenestrations and get accumulated in the tumor tissues [91年- - - - - -93年]。随着肿瘤内皮船,还有其他几个障碍需要克服的交付系统(表3)。
多努力在过去的几年里,小干扰rna稳定性相关的挑战,交付,免疫反应,和非目标效应正在慢慢减轻,新一代的运载系统开发和提出97年]。在过去的十年中,由于他们避免viral-based高度不能表面的向量和特征属性,形状,大小,病毒的聚合物nanodelivery系统获得了大量的关注特别是基因/药物输送[18,98年]。最近,不同的核酸交付系统准备从聚合物,无机化合物,碳水化合物,和脂肪也被开发(99年]。
已确定四个不同的问题,需要解决癌症的基因治疗可以成功治疗前(One hundred.]。他们是(我)确定的主要目标基因的关键病理和癌症进展(2)确定最好的基因,可以治疗用于阻止癌症恶化(3)优化目标基因表达的基因被抑制(iv)交付(药物载体)到目标站点的纳米粒子在一个有效的水平
6。结论
尽管在各种重大进展nonviral-based运载系统在临床试验的早期阶段,重要的研究仍有待克服之前RNAi疗法可广泛用于前列腺癌基因治疗。不同的交付系统的安全性概述需要进一步考虑与主要强调降低系统的毒性和消除nonimportant免疫刺激。保持酶的降解产品安全的化学改性纳米粒子以及核酸交付后也很重要。有针对性的提供系统使用配体分子,他们的免疫反应也应该得到解决。此外,一个详细的调查的主要相关机制避免不良影响纳米汽车势在必行。
前列腺癌研究的视野开阔了,小说对于临床医生治疗的想法变得重要,整合生物学家,和生化工程师。发展为肿瘤治疗基因运载工具,基于独特的前列腺癌,肿瘤微环境是至关重要的临床相关的交货数量的积极治疗肿瘤部位而走旁路各种生理障碍。纳米技术将有一个重要的角色在实现早期诊断和个性化医疗的目标对前列腺癌患者在疾病的不同阶段,避免不必要的与现有的治疗药物相关的毒性。
的利益冲突
作者宣称他们没有利益冲突,在这工作。
确认
这项工作得到了国家自然科学基金(一般项目,51803067号,21574050,21774039)和中国博士后科学基金会(通用程序,没有。2018 m630866)。