[论文解读] Drug delivery with carbon nanotubes for in vivo cancer treatment

Zhuang Liu, Kai Chen+5 more|PubMed|Aug 14, 2008

Carbon Nanotubes in Composites参考文献 3被引用 2,331

一句话总结

该论文展示了体内递送的 paclitaxel–碳纳米管偶联物（SWNT-PTX），其在小鼠中对比 Taxol 能增强肿瘤抑制，具有更长的循环时间和通过EPR的肿瘤摄取增加，并通过胆道途径排泄，且对正常器官的毒性较小。

ABSTRACT

Chemically functionalized single-walled carbon nanotubes (SWNT) have shown promise in tumor-targeted accumulation in mice and exhibit biocompatibility, excretion, and little toxicity. Here, we show in vivo SWNT drug delivery for tumor suppression in mice. We conjugate paclitaxel (PTX), a widely used cancer chemotherapy drug, to branched polyethylene glycol chains on SWNTs via a cleavable ester bond to obtain a water-soluble SWNT-PTX conjugate. SWNT-PTX affords higher efficacy in suppressing tumor growth than clinical Taxol in a murine 4T1 breast cancer model, owing to prolonged blood circulation and 10-fold higher tumor PTX uptake by SWNT delivery likely through enhanced permeability and retention. Drug molecules carried into the reticuloendothelial system are released from SWNTs and excreted via biliary pathway without causing obvious toxic effects to normal organs. Thus, nanotube drug delivery is promising for high treatment efficacy and minimum side effects for future cancer therapy with low drug doses.

研究动机与目标

• 证明使用化学功能化的单壁碳纳米管（SWNTs）进行体内肿瘤靶向与抑制。
• 证明将 paclitaxel 与 SWNTs 连接能够增加水溶性并实现有效的肿瘤递送。
• 评估 SWNT-PTX 在小鼠模型中的药代动力学、肿瘤摄取、排泄途径及全身毒性。

提出的方法

• 通过可裂解的酯键将 paclitaxel 共价结合到 SWNTs 上的支化聚乙二醇链，形成 SWNT-PTX。
• 在小鼠 4T1 乳腺癌模型中评估肿瘤抑制效果，并将有效性与临床药物 Taxol 进行比较。
• 评估血液循环持续时间和肿瘤 PTX 摄取以推断递送效率，可能通过增强型渗透与滞留（EPR）。
• 研究在网状内皮系统中药物分子的释放及通过胆道途径的排泄。
• 检查对正常器官的潜在毒性，以确定生物相容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SWNTs 能否在体内有效将 paclitaxel 递送到肿瘤？
• RQ2 SWNT-PTX 是否在小鼠乳腺癌模型中提供更高的肿瘤摄取和更强的肿瘤抑制作用，比 Taxol 更佳？
• RQ3 SWNT-PTX 的药代动力学特性和排泄途径是什么，是否观察到对正常器官的毒性？

主要发现

• SWNT-PTX 在小鼠乳腺癌模型中对抑制肿瘤生长的效果高于 Taxol。
• SWNT 递送实现了较长的血液循环时间和更高的肿瘤 PTX 摄取，与基于 EPR 的递送一致。
• 进入网状内皮系统的药物分子从 SWNTs 中释放并通过胆道排泄。
• 研究中未观察到对正常器官的明显毒性。