Preparation of Engineered Salmonella Typhimurium-Driven Hyaluronic-Acid-Based Microbeads with Both Chemotactic and Biological Targeting Towards Breast Cancer Cells for Enhanced Anticancer Therapy
- 作者
- Saji Uthaman, Shaohui Zheng, Jiwon Han, Young Jin Choi, Sunghoon Cho, Van Du Nguyen, Jong-Oh Park, Seung-Hwan Park, Jung-Joon Min, Sukho Park, In-Kyu Park
- DOI
- 10.1002/adhm.201500556
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
开发一种能够同时通过化学趋化和生物靶向（CD44）双重靶向肿瘤细胞的细菌驱动微珠药物递送系统，以提高抗癌治疗效果并减少副作用。
研究策略
将透明质酸（HA）与PEG-SH交联制备HA微珠，包载多西他赛（DTX）的PLGA纳米粒；通过链霉亲和素-生物素偶联将高运动性、肿瘤趋化的减毒鼠伤寒沙门氏菌附着于微珠表面，构建双靶向bacteriobots，实现药物缓释和肿瘤特异性投递。
研究路线图
核心内容
研究将肿瘤趋化的减毒鼠伤寒沙门氏菌与透明质酸基微珠结合，构建了兼具化学趋化与CD44生物靶向的双靶向细菌驱动药物递送系统。透明质酸与PEG-SH交联制备约8 μm的微珠，包载多西他赛的PLGA纳米粒（粒径277±5.38 nm，包封率87.5%），并通过链霉亲和素-生物素偶联将细菌可控附着于微珠表面。体外释放显示，载药微珠较游离纳米粒显著延缓药物释放，24小时仅释放约38%。运动实验表明，细菌驱动微珠以0.72 μm/s速度运动，对4T1细胞裂解液呈明显趋化响应，1分钟位移达45±15 μm，远高于无细菌微珠的6±3 μm。细胞实验证实，CD44阳性4T1细胞对载药微珠摄取显著高于CD44阴性NIH/3T3细胞，阻断CD44后摄取下降，且联合治疗对肿瘤细胞毒性增强，而正常细胞存活率保持85%以上。该双靶向体系通过主动运动与受体介导识别双重增强肿瘤富集和药物缓释，为精准抗癌治疗提供了新策略。
创新点
1. 首次将CD44靶向的HA微珠与肿瘤趋化的工程沙门氏菌结合，构建双靶向bacteriobots；2. 微珠尺寸约8 μm，适合动脉栓塞和CD44介导的细胞摄取；3. 通过生物素-链霉亲和素可控连接细菌数量，实现定向运动；4. DTX以PLGA纳米粒形式包载，实现缓释并提高肿瘤细胞毒性。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Salmonella Typhimurium SHJ2037 (ΔppGpp) | — | — | — | 能量供给 | 高运动性减毒菌株，具有肿瘤趋化性，通过鞭毛驱动微珠运动 |
| — | 趋化信号通路 | — | — | 调控 | 细菌通过感受肿瘤细胞分泌的化学信号向肿瘤定向迁移 |
| — | — | — | CD44 | 转运 | 肿瘤细胞表面高表达的透明质酸受体，介导HA微珠的细胞内吞 |
| — | — | — | Streptavidin | 调控 | 与生物素结合，将细菌可控地连接到微珠表面 |
| — | HA-CD44相互作用通路 | — | — | 转运 | HA微珠通过CD44介导被肿瘤细胞摄取，并在胞内降解释放药物 |
关键发现
- PLGA-DTX纳米粒平均粒径为277±5.38 nm，zeta电位为-1.58±5.28 mV，DTX包封率为87.5%
- HA-PEG微珠直径约8 μm，zeta电位-8.71±2.46 mV，PLGA-DTX纳米粒在微珠中的包封率为75%。体外释放实验显示，PLGA-DTX纳米粒在24和96小时分别释放约75%和95%的DTX，而载药微珠仅释放约38%和65%的DTX。bacteriobots的平均运动速度为0.72 μm/s，向4T1细胞裂解液的趋化迁移速度为0.43 μm/s，垂直方向速度仅0.05 μm/s。1分钟内bacteriobots位移45±15 μm，微珠仅6±3 μm。细胞实验显示，CD44阳性4T1细胞对载药微珠的摄取显著高于CD44阴性NIH/3T3细胞，阻断CD44后摄取下降。在联合治疗中，bacteriobots对4T1细胞显示增强的细胞毒性，而NIH/3T3细胞存活率大于85%。
研究结论
本研究成功构建了由工程鼠伤寒沙门氏菌和载药HA微珠组成的双靶向bacteriobots，该体系兼具CD44受体介导的肿瘤靶向和细菌趋化性靶向，能够缓释多西他赛并有效杀死肿瘤细胞，为靶向抗癌治疗提供了新策略。