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文章导读

使用纳米纤维的按需给药系统由于其通过外部刺激释放药物的可控性而引起了极大的关注。近红外 (Near-Infrared, NIR) 响应的纳米纤维提供了一个平台，在该平台上，药物释放可以通过按需给药的方式实现，并以所需的剂量用于癌症治疗。基于此，来自韩国三育大学的 Myoung-Hwan Park 教授及其团队在 Pharmaceutics 期刊发表了文章，设计了含有金纳米棒 (Gold Nanorods, GNRs) 的聚 (N-异丙基丙烯酰胺) (PNIPAM) 复合纳米纤维，该纳米纤维表现出光学敏感性。作者在细胞研究中证实了光响应纳米纤维作为药物递送平台的多功能性，表明了纳米纤维的溶胀和解吸特性以及具有良好生物相容性的药物释放行为的优势。

研究内容

本研究中使用的 GNRs 是根据种子介导生长方法使用 CTAB 制备的。研究人员通过使用 HS-C₁₁-三甲基铵 (TMA) 对 GNRs 进行表面改性，确保了 GNRs 在有机溶剂中的稳定性。随后，研究人员通过静电纺丝法制备了具有快速热/光响应、高加热速率和高结构稳定性的，含有 GNR 的 PNIPAM 纳米纤维，并通过透射电子显微镜研究了 GNR 的形态，使用扫描电子显微镜和共聚焦激光扫描显微镜分析了纳米纤维支架的形态。研究人员还通过 160 °C 的热处理交联 PNIPAM 和 OpePOSS 验证了纳米纤维在水溶液中的高和长期稳定性，并用荧光分光光度计确认了从含有 GNR 和荧光素的纳米纤维中控制药物释放的特性。此外，研究进一步证实了纳米纤维的近红外热响应特性。最后，通过细胞研究评估了载有荧光素的纳米纤维的生物相容性和毒性。用于按需给药平台的含有金纳米棒的刺激响应纳米纤维如图1所示。

图1. 用于按需给药平台的含有金纳米棒的刺激响应纳米纤维示意图：(a) 静电纺丝技术制备纳米纤维及近红外辐射下的药物释放。(b) 纳米纤维的开关循环曲线。(c) 纳米纤维上的细胞增殖和药物释放时的细胞死亡。 

研究结果

制造的纳米纤维结构稳定，具有非常大的表面积与体积比，可有效输送药物。通过在纳米纤维中引入 GNR，可观察到强烈的光热效应。

由于 PNIPAM 的热敏感性，GNR 在 NIR 光照射下产生的热量可以控制纳米纤维的溶胀和消溶胀性能，从而导致药物释放。当纳米纤维没有被近红外光照射时，有轻微的药物发射；因此，荧光图的斜率较低 (图2)。然而，当用近红外光照射纳米纤维时，药物被释放，荧光图的斜率迅速增加，一步证实了开关药物释放曲线。0.6、1.1和 1.6 W/cm² 的激光功率导致药物释放分别为 31.1 ± 1.4%、53.7 ± 1.8% 和 90.5 ± 3.5%，如图 2c 所示，在没有光照的情况下，从纳米纤维中观察到少量药物释放，表明 GNR 作为发热源发挥了重要作用。

图2. (a) 药物释放的荧光强度。(b) 通过不同时间间隔的 NIR 光照射的循环开关，纳米纤维的脉冲药物释放。(c) 具有不同激光功率的纳米纤维基质的累积药物释放。(d) 不同激光功率的温度变化率。  

研究人员对所制备的纳米纤维进行了生物相容性和 MTT 法细胞活力测定，结果如图3所示。准备的三个对照组包括：不含纳米纤维的细胞 (不含 NFs 的细胞)、含有 GNR 但不含 CPT 的纳米纤维 (NFs+GNRs) 以及含有 GNRs 和 CPT 的纳米纤维 (NFs+GNRs+CPT)。在 NFs+GNRs 的情况下，细胞活力没有显著下降 (大约 7.6 ± 3.6%)；而 NFs+GNRs+CPT 显示细胞活力下降 10.2 ± 3.9%；含有 GNR 和 CPT 的纳米纤维在药物释放后经不同激光功率照射后显示出最大的细胞死亡。

图3. (a) U87 细胞的细胞活力是由于 CPT 在不同时间间隔的 NIR 照射下从纳米纤维中释放出来的。(b) 不同时间间隔的 NIR 照射后纳米纤维的药物释放量。* p≤0.05，** p≤0.01，*** p≤0.001，**** p≤0.0001。 

如图4所示，当细胞暴露于0.6、1.1和 1.6 W/cm² 的 NIR 光时，细胞活力没有显著降低，表明 NIR 光对细胞的毒性较小。

图4. (a) 使用含有 GNR 的纳米纤维与 U87 细胞进行热疗评估。(b) 在没有纳米纤维的情况下，U87 细胞的 NIR 光毒性。* p≤0.05。N.S. 表示差异不显著。 

总结与讨论

本研究通过静电纺丝技术开发了具有高热/光响应性、高稳定性的含 GNR 和药物的 PNIPAM 多功能纳米纤维，可以通过 NIR 光照射实现按需药物释放。这种方法可以将亲水性和疏水性药物安全地引入给药系统，并控制药物释放，以治疗癌症和其他复杂疾病。通过细胞研究，本文表明纳米纤维具有良好的生物相容性。此外，此方法可能有助于多种药物顺序释放，有可能将化疗与多种药物相结合，以提高复杂癌症治疗的有效性。

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原文出自 Pharmaceutics 期刊

Singh, B.; Shukla, N.; Kim, J.; Kim, K.; Park, M.-H. Stimuli-Responsive Nanofibers Containing Gold Nanorods for On-Demand Drug Delivery Platforms. Pharmaceutics 2021, 13, 1319.

   Pharmaceutics 期刊介绍

主编：Yvonne Perrie, University of Strathclyde, UK

期刊领域涵盖生物制药、药物递送、药物控释、药物制剂、药物靶向、药代动力学、纳米医学、药物遗传学、药物基因组学、药效学等。

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