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含SDF-1α负载PLGA纳米粒子的壳聚糖基纳米纤维支架及其抗肿瘤活性

2022-01-09   易丝帮

趋化因子如基质细胞衍生因子-1α(SDF-1α)通过向上迁移SDF-1α浓度梯度来调节从原发肿瘤部位扩散的癌细胞的迁移,从而促进其局部侵袭和转移。因此,植入SDF-1α释放支架是捕获表达CXCR4受体的癌细胞的有效策略。在这项工作中,将SDF-1α封装到聚乳酸-乙醇酸(PLGA)基纳米粒子中,随后与壳聚糖电纺以制备平均纤维直径为261±45nm的纳米纤维支架,用于捕获胶质母细胞瘤(GBM)细胞。根据其诱导癌细胞迁移的能力评估,封装的SDF-1α在静电纺丝过程后保持其生物活性。支架还可以提供至少5周的SDF-1α持续释放。使用NIH3T3小鼠成纤维细胞、人Thp-1巨噬细胞和大鼠原代星形胶质细胞的研究发现,支架在体外具有高细胞相容性。此外,对植入支架的Fischer大鼠进行的7天随访表明,其体内无不良反应。而且,支架的纳米纤维结构提供了极好的锚定位点,通过扩展伪足来支持人类GBM细胞的粘附。支架还显示出缓慢的降解动力学,这可能有助于最大化捕获GBM细胞的时间窗口。由于手术切除不能完全切除GBM肿瘤,本研究表明未来可将这些支架植入切除腔壁中,以评估其吸引和捕获大脑中残留GBM细胞的能力。

 

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图1.(A)溶菌酶和(B)SDF-1α负载纳米粒子的扫描电子显微镜图像。


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图2.纳米纤维支架的表征。(A)静电纺丝工艺制备纳米纤维支架的实例。左侧的刻度以厘米为单位显示长度。(B)不同纳米颗粒负载纳米纤维支架的ATR-FTIR光谱。对于每个光谱,将吸光度值归一化为其相应的最高吸光度值(在1557cm-1处进行记录),以便比较1758cm-1处的峰高。(C)不同纳米颗粒负载纳米纤维支架的(C)SEM和(D)TEM显微照片。


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图3.支架稳定。(A)稳定前后含有10mg纳米粒子负载(7.6%w/w)的纳米纤维支架的ATR-FTIR光谱。(B)稳定的含纳米粒子的纳米纤维支架的SEM显微照片。


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图4.体外蛋白质释放研究和SDF-1α生物活性评估。(A)溶菌酶的累积释放相对于从每个样品中回收的生物活性溶菌酶的量(使用浊度降低测定进行量化)。(B)SDF-1α的累积释放相对于从每个样品中回收的SDF-1α的量(使用ELISA量化)。(C)由无SDF-1α的培养基(空白)和补充有40ng/mL SDF-1α的培养基诱导的表达CXCR4的U87-MG细胞的迁移距离。进行统计分析以检测多个数据组之间的任何显著差异(P≤0.05);****表示P≤0.0001。(D)用不含SDF-1α的培养基(左上)或含有40ng/mL天然SDF-1α(右上)或静电纺丝后提取的SDF-1α(左下)/从含SDF-1α负载粒子的纳米纤维支架释放的SDF-1α(右下)的培养基孵育72h后表达CXCR4的U87-MG细胞负载琼脂糖滴的代表性图像。


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图5.支架的降解性。(A)未负载的纳米纤维支架(NF)和那些负载10mg空白纳米粒子的纳米纤维支架(空白NP+NF)在添加20µg/mL溶菌酶的0.05M Tris-HCl缓冲溶液(pH7.4)中进行培养,原始支架随时间变化的降解质量百分比。(B)孵育5周后,未负载的纳米纤维支架(左)和负载10mg空白纳米粒子的支架(右)的SEM图像。


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图6.支架的体外细胞相容性和细胞粘附能力。(A)间接细胞毒性:用含有浸出物的条件培养基处理24h的NIH3T3细胞的存活率,归一化为用新鲜培养基(对照)处理的细胞,这些浸出物与未负载的纳米纤维支架(NF)或那些负载10mg空白纳米粒子的纳米纤维支架(空白NP+NF)一起孵育。(B)直接诱导的细胞毒性:三种不同细胞类型的存活率,包括与支架直接接触培养的NIH3T3小鼠成纤维细胞、Thp-1巨噬细胞和原代星形胶质细胞。将细胞与79或154mm2圆形截面的未负载纳米纤维支架(NF)或那些负载10mg空白纳米粒子(空白NP+NF)的支架一起孵育24h或72h。(C)450nm处的吸光度与附着在细胞培养板(CCP)对照表面、NF和空白NP+NF上的U87-MG细胞数量成正比。进行统计分析以检测多个数据组之间的任何显著差异(P≤0.05)。*表示P≤0.05。(D)SEM图像显示附着在NF(左)和空白NP+NF(右)表面的U87-MG细胞的形态。


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图7.体内生物相容性研究。将纳米纤维支架卷起(A)并切成高约2mm、直径约2mm(B)的紧凑圆柱体。然后将这些卷起的切片植入健康Fischer大鼠的切除腔中。(C)由IRM监测植入后1天和7天支架的具体情况(仅显示代表性MRI切片)。(D)支架体积随植入持续时间的变化。虚线表示计算出的支架干体积(6.3mm3)。配对t检验显示第1天和第7天平均支架体积之间无显著差异(p=0.10)。

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