Dubbele integrine αvβ 3 en NRP-1-Targeting paramagnetisch liposoom voor vroege detectie van tumoren in beeldvorming met magnetische resonantie

Discussie

Kleine liposoomdeeltjes, vooral die met een diameter van minder dan 100 nm, hebben de neiging om de biologische halfwaardetijd te verlengen met de verbeterde permeabiliteit in de solide tumor en bijgevolg opgehoopt in lokaal tumorweefsel [4]. We hebben met succes niet-, enkelvoudig en dubbel-peptide gemodificeerde liposomen geconstrueerd met de diameters in het nanodeeltjesbereik en hebben aangetoond dat deze liposomen het paramagnetische MRI-contrastmiddel Gd-DTPA effectief konden inkapselen. De T1-relaxiviteit van verschillende liposoomformuleringen was lager dan die van zuivere Gd-DTPA, maar zonder statistisch significant verschil (P> 0,05). Een mogelijke reden zou kunnen zijn dat de lipidedubbellaag de gadoliniumionen effectief inkapselde en hun uitwisseling met water verhinderde [28]. Bovendien veranderde de peptidemodificatie op het liposoomoppervlak de integriteit van liposoom niet [29]. Een andere reden zou de hardheid van liposomen kunnen zijn die te wijten is aan de componenten cholesterol en verzadigde fosfolipiden die lage permeabiliteitscoëfficiënten voor water hebben [30]. In die zin hadden de liposoomcomponenten slechts een geringe invloed op het beeldvormende vermogen van contrastmiddelen Gd-DTPA.

Angiogenese, de vorming van nieuwe bloedvaten uit bestaande bloedvaten, is een sleutelgebeurtenis in veel pathologische vorderingen, vooral bij de groei-invasie en metastase van tumor [15, 16]. Een groot aantal moleculen is betrokken bij de voortgang van tumorangiogenese, bijvoorbeeld VEGF en andere factoren voor vascularisatie van solide tumoren, waarbij interactie met membraan receptoren betrokken is. [17, 31]. Een dergelijke receptor is neuropiline-1 (NRP1), een co-receptor voor VEGFR-2, die de binding en biologische activiteit van VEGF165 versterkt, dat een brede weefseldistributie heeft die enkele van tumor afgeleide cellen en endotheelcellen omvat [32]. Van Ala-Thr-Trp-Leu-Pro-Pro-Arg (ATWLPPR), een heptapeptide, is bewezen dat het specifiek bindt aan NRP1 en met succes wordt gebruikt voor het detecteren van NRP-1-positieve tumoren [12, 17]. De relatief lage affiniteit van monomeer A7R wijst echter op verdere verbetering om een ​​succesvolle beeldvorming te geven [33]. Integrines, een van de celadhesiereceptoren, speelt ook een cruciale rol bij tumorangiogenese en metastase, met name integrine avβ3, dat in hoge mate tot expressie wordt gebracht op tumorcellen en geactiveerde vasculaire endotheelcellen [34]. De Arg-Gly-Asp aminozuursequentie (RGD), die specifiek bindt aan integrinαvβ3, is algemeen gebruikt voor niet-invasieve beeldvorming van tumoren [7, 21, 27, 35].

Gedurende het laatste decennium wordt gelijktijdige targeting van meerdere receptoren meer en meer bestudeerd op het gebied van beeldvorming [23, 25, 26, 36]. De TF LP- of RGD LP-afgiftesystemen, avβ3 en galectine-1 met paramagnetische Anx/RGD-liposomen zijn gebruikt voor tumorbeeldvorming [37, 38]. Het synergetische effect van dubbel gerichte motieven kan op meerdere manieren werken. Ten eerste was de beschikbaarheid van bindingsplaatsen een sleutelelement van conjugatie met peptideliganden. Het gelijktijdig richten op twee receptoren zou de bindingsplaatsen op dezelfde cellen kunnen vergroten. Ten tweede zouden peptiden met dubbele targeting twee verschillende receptoren kunnen binden om de kans op afgifte van middelen aan het geïnteresseerde gebied te vergroten. Koppel bovendien aan twee verschillende receptorfamilies, waardoor de mogelijkheid van binding aan heterogene tumorcellen toeneemt.

In onze vorige studie werden nieuwe dual-targeted paclitaxel ingesloten liposomen met succes geconstrueerd door een RGD-bevattende sequentie en een ATWLPPR-motief te koppelen met een conjugaat met een lys-gly-gly (KGG) spacer en palmitinezuur (Pal) anker en vervolgens geconjugeerd naar het oppervlak van de liposomen [39]. Het onthulde dat in vergelijking met twee enkelvoudig gerichte peptiden, het tweevoudig gerichte peptide de hogere bindingsactiviteit had. Deze dual-targeted liposomen behielden ook een betere bindingseigenschap dan de single-targeted formuleringen.

In de huidige studie hebben we, in plaats van therapiegeneesmiddelen, MRI-contrastmiddel Gd-DTPA ingekapseld in liposomen voor moleculaire beeldvorming. De cellulaire opname van targeting paramagnetische liposomen was verhoogd, en de dual-targeted liposomen duidden op een hogere bindingsaffiniteit dan single-targeted, en bovendien de gemengde single-targeted liposomen. Momenteel zijn er twee strategieën die vaak worden gebruikt voor dual-targeting, de ene is een mengsel van twee enkele liganden [25, 38] en de andere is het combineren van twee liganden in één molecuul [39, 40]. Vergeleken met het gebruik van een mengsel van individuele peptiden, veronderstelden we dat de toepassing van één conjugatie gekoppeld aan twee doelen een groter aantal peptiden per liposoomoppervlak zou kunnen enten. In de competitieve bindingstest leverde het een stuk kritisch bewijs dat de effectieve targeting van het liposoom naar tumorcellen werd gemedieerd door de specifieke binding van liganden en receptoren van ανβ3-integrine en neuropiline-1. Deze gegevens bevestigden nogmaals dat de RGD-ATWLPPR-gecombineerde dual-targeted liposomen de medicijnafgifte en accumulatie in de tumor vergemakkelijkten.

In het MR-beeldvormingsexperiment werden pure Gd-DTPA en niet-gerichte liposomen snel gemetaboliseerd vanwege hun kleine molecuul, oplosbaarheid in water en verbeterde permeabiliteit en retentie-effecten (EPR-effecten) [41, 42]. Daarentegen had een verlengde circulerende periode en geleidelijke accumulatie in tumorweefsel van dual-targeted liposomen het vermogen aangetoond om specifiek te binden aan receptoren op tumorcellen. Pbijzonder , waren dual-targeted liposomen effectiever dan single-targeted liposomen. Dubbel-gerichte liposomen zouden waarschijnlijk een synergetisch effect uitoefenen en de specificiteit van het afleveren van Gd-DTPA aan de tumorplaats.

In de afgelopen jaren is een groot aantal dual-targeted nanodeeltjes met succes ontworpen en gesynthetiseerd voor tumorbeeldvorming vanwege hun verbeterde bindingsaffiniteit en specificiteit. Zo hebben Wu et al. gebruikte ook RGD- en ATWLPPR-motieven om een ​​dubbel avβ3 en NRP-1 gericht heterodimeer peptide te ontwerpen voor de detectie van kwaadaardig glioom door positronemissietomografie (PET) beeldvorming [43]. In hun onderzoek werd het c (RGDyK)-peptide verbonden met ATWLPPR via een glutamaatlinker en vervolgens gelabeld met fluor-18 (F-18) voor beeldvorming met radionucliden. In vitro receptorbindingsassay toonde verbeterde celopname en bindingsaffiniteit van de dual-targeted probe aan. Bovendien was de in vivo tumoropname van F-18-gelabeld dual-RGD-ATWLPPR significant hoger dan die van het enkelvoudig gerichte molecuul, en dit heterodimere peptide had ook de hoogste tumor-tot-orgaanverhoudingen. Vergeleken met hun radioactief gelabelde peptide-probe, zouden onze niet-radioactieve dubbel-gerichte paramagnetische liposomen contrastmiddelen effectiever op de tumorplaats kunnen afleveren vanwege een grotere laadcapaciteit. In een andere studie, Zhang et al. heeft met succes 68Ga-BBN (Bombesin)-RGD geconstrueerd, een heterodimere PET-tracer die zich richt op zowel GRPR (gastrine-releasing peptide receptor) als integrine avβ3, en de klinische gegevens wezen op de veiligheid en efficiëntie van dual-targeting PET-radiotracer bij de diagnose en stadiëring van prostaatkanker [44]. Deze dual-targeted PET-radiotracer kon echter alleen worden gebruikt voor niet-invasieve beeldvorming van prostaatkanker omdat GRPR een belangrijke biomarker was voor prostaatkanker. In tegenstelling tot de BBN-RGD-peptideprobe, zou RGD-ATWLPPR-peptide aan de meeste tumoren kunnen binden met de overexpressie van VEGFR en/of integrine in de neovasculatuur van solide tumoren. Daarom wordt verwacht dat dit dual-ανβ3-integrine-NRP1-targeting paramagnetische liposoom zal worden gebruikt voor vroege detectie van verschillende tumoren.