力学治疗通过克服肌动蛋白细胞骨架阻尼提升纳米药物摄取
Mechanotherapy enhances nanodrug uptake by overcoming the actin cytoskeleton damping effect
PNAS 研究显示,β-氨基丙腈介导的肿瘤软化通过降低 F-actin 相关机械阻力增强纳米药物摄取;联合 donafenib-PLGA 纳米粒相比游离 donafenib 将终点瘤重降低 87.8%,但肺转移增加,提示存在疗效与安全性权衡。PMID: 42848427。
实体瘤的纳米药物疗效长期受制于多重屏障:细胞外基质(ECM)僵硬既可激活整合素、Piezo1 等机械感受器、推动肿瘤进展,也是药物递送的物理障碍,因此针对 ECM 力学本身也被视作潜在治疗靶点 [1]。在纳米颗粒(NP)入胞机制层面,既往工作借助药理学抑制剂揭示肌动蛋白细胞骨架在内吞过程中扮演关键角色,使用细胞松弛素等破坏肌动蛋白聚合会显著改变 NP 摄取效率 [2]。在更接近体内状态的三维胶原凝胶体系中,细胞形态改变、扩散受限,肌动蛋白微丝依然显著调控着 NP 的细胞摄取与巨胞饮过程 [3]。然而,基质力学状态如何跨越细胞尺度向质膜传递并影响跨膜转运,缺少系统性的力学图景。
新发表的研究以肝细胞癌为模型,把焦点从细胞外拉回到细胞膜本身。该研究发现,在 HCC 相关的硬度区间内,基质变硬会通过肌动蛋白–肌球蛋白骨架向质膜(PM)传递机械信号,促使 F-actin 过度聚合、张力纤维增多,由此形成的 PM–actin 界面在力学上呈现"阻尼"特征,阻碍膜形变并压低 NP 的内吞效率;药理与遗传扰动表明这一机械屏障是可逆的。体内实验中,β-氨基丙腈(BAPN)介导的肿瘤软化能够疏松 ECM、提高 NP 穿透深度,并通过削弱 F-actin 相关机械阻力促进细胞摄取。配对的双侧肿瘤实验与瘤内空间分析进一步支持基质条件匹配时局部肌动蛋白状态对 NP 摄取的调控作用。联用 BAPN 与装载 donafenib 的 PLGA 纳米颗粒后,终点肿瘤重量较游离 donafenib 下降 87.8%,但同时观察到肺转移增加。
相对于已有认识,这项工作将"基质力学—细胞骨架—质膜界面—纳米摄取"串成跨尺度的力学链条:基质硬度不只是经由整合素等影响细胞命运,还可通过肌动蛋白网络直接重塑质膜的机械状态,构成跨膜递送的另一道关卡;也即在软化 ECM 以改善递送的思路之外 [1],提示 PM–actin 界面本身是另一个可被干预的环节。
不过,联合方案虽显著压制原位瘤,却伴随肺转移上升,提示疗效与安全性之间存在权衡。仍待回答的问题包括:这一 PM–actin 阻尼效应在不同肿瘤类型、不同尺寸与材料 NP 上是否普遍成立,以及如何通过时序或剂量调控在增效的同时抑制转移扩散。
- 1.Targeting extracellular matrix stiffness and mechanotransducers to improve cancer therapy · J Hematol Oncol 2022
- 2.Effects of transport inhibitors on the cellular uptake of carboxylated polystyrene nanoparticles in different cell lines · PLoS One 2011
- 3.Dynamics of nanoparticle diffusion and uptake in three-dimensional cell cultures · Colloids Surf B Biointerfaces 2017
来源:文献与产业新闻 · pubmed.ncbi.nlm.nih.gov