PEG-b-PCL胶束作为难溶性苯并咪唑类药物的纳米载体：阿苯达唑和芬苯达唑的比较研究

《Molecules》：PEG-b-PCL Micelles as Nanocarriers for Poorly Soluble Benzimidazoles: A Comparative Study of Albendazole and Fenbendazole

　　

聚乙二醇-block-聚(ε-己内酯)（PEG-b-PCL）共聚物胶束已成为增强难溶性苯并咪唑类药物溶解度和生物利用度的有前景的药物递送系统。在本研究中，研究人员制备并表征了PEG-b-PCL胶束，用于封装难溶性抗蠕虫药如阿苯达唑（ABZ）和芬苯达唑（FBZ），重点比较了它们的封装行为、释放曲线以及在癌症治疗中的生物活性。通过动态光散射（DLS）分析载药胶束，揭示了尺寸均匀、多分散指数（PDI）窄的纳米级胶束。利用透射电子显微镜（TEM）检查了空白胶束和载药胶束的形态和尺寸，证实胶束呈球形且大小一致。两种药物均高效封装在胶束核心内，显示出高载药量。还评估了含有阿苯达唑（ABZ）和芬苯达唑（FBZ）的PEG-b-PCL胶束在pH 7.4下的释放曲线。与ABZ相比，FBZ表现出更慢的释放动力学，这可能归因于其更高的亲脂性以及与疏水PCL核心更强的相互作用，导致其在胶束内的保留增强。相比之下，ABZ具有更快的释放动力学。最后，对高侵袭性三阴性乳腺癌（TNBC）细胞系进行的体外MTT实验揭示了这些胶束作为有效药物递送系统的潜力。

**论文解读文章**

**研究背景**
癌症是全球公共卫生的重大威胁，每年导致数百万人死亡，其中乳腺癌（BC）是癌症相关死亡的第二大原因，近90%的死亡与转移性乳腺癌（mBC）相关。微管靶向药物（microtubule-targeting agents, MTAs）如紫杉醇（稳定微管）和长春新碱（去稳定微管）是目前治疗mBC的主要标准，但化疗耐药性和副作用限制了其应用，且初始治疗失败后对后续MTAs的反应率仅为12%至35%。因此，亟需开发具有不同作用机制（MOA）、毒性更低的新型MTAs。苯并咪唑类药物（如阿苯达唑ABZ、芬苯达唑FBZ等）最初作为抗蠕虫药开发，在临床前模型中展现出强效抗癌作用。它们通过模拟天然嘌呤核苷酸结构，易于穿过细胞膜并结合β-微管蛋白（β-tubulin），破坏有丝分裂和DNA合成，抑制肿瘤生长和血管生成。然而，ABZ及其衍生物属BCS II类药物，具有高渗透性但水溶性极低（ABZ为0.2–1.3 μg/mL，FBZ为0.3 μg/mL），导致口服生物利用度低且变异大（<5%）。已有纳米晶、脂质体、环糊精等制剂策略，但聚合物胶束因其疏水核和亲水壳结构在增溶难溶性药物方面前景广阔。目前关于苯并咪唑类药物聚合物胶束的制备文献有限。PEG-b-PCL共聚物（FDA批准）具有良好的生物相容性、可控降解性和自组装能力，其疏水PCL核心可高效负载难溶性抗癌药物，亲水PEG外壳提供空间稳定性和长循环。尽管有这些优势，PEG-b-PCL胶束用于封装苯并咪唑氨基甲酸酯类药物仍未被充分探索。因此，本研究的目的是开发PEG-b-PCL胶束递送难溶性苯并咪唑衍生物，并比较ABZ和FBZ的理化性质差异对胶束包封效率、颗粒性质、药物释放行为和体外抗癌活性的影响。论文发表在《Molecules》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用溶剂挥发法（以THF为共溶剂）制备载药胶束：将PEG-b-PCL共聚物与ABZ或FBZ溶解于THF，滴入水相并搅拌，透析去除有机溶剂和游离药物。通过动态光散射（DLS）测定胶束的水动力学直径（Dh）和多分散指数（PDI），使用透射电子显微镜（TEM）观察形态（干燥状态）。利用紫外-可见分光光度法（UV-Vis）在290 nm处测定包封效率（EE）和体外释放曲线（pH 7.4，透析法）。细胞毒性实验采用MTT法，以高侵袭性三阴性乳腺癌（TNBC）细胞系MDA-MB-231（来源于ATCC）为模型，分别处理游离药物、空白胶束和载药胶束，并计算IC₅₀。释放动力学采用Higuchi和Korsmeyer–Peppas模型分析初始突释阶段（≤60%释放）。

**研究结果**

**2.1 纳米尺寸载药胶束的制备与表征**
通过DLS分析，空白PEG-b-PCL胶束的Dh为165 nm（PDI 0.3）。载ABZ胶束（PEG-b-PCL/ABZ）的Dh增加至194 nm（PDI 0.19），载FBZ胶束（PEG-b-PCL/FBZ）的Dh为268 nm（PDI 0.153）。TEM显示球形结构，空白胶束平均直径25 nm，载ABZ胶束35 nm，载FBZ胶束40 nm，且载药胶束疏水核心对比度更高，表明药物成功嵌入。DLS与TEM尺寸差异归因于水合状态与干燥状态的差别。包封效率（EE）分别为：ABZ 96.8%（3.65×10^?4 mol/L），FBZ 98%（3.27×10^?4 mol/L）。体外释放实验在pH 7.4和37°C下进行，两种药物均表现出初始突释（ABZ更明显）后持续释放48 h。PEG-b-PCL/FBZ胶束48 h累计释放约35–40%，而ABZ累计释放约55–57%。差异归因于FBZ更高的亲脂性（logP ≈ 3.9–4.0 vs. ABZ的logP ≈ 3.0），使其与PCL核心相互作用更强、保留更久。

**2.2 ABZ和FBZ载药PEG-b-PCL胶束对MDA-MB-231细胞行为的影响**
MTT实验显示，游离ABZ在2.65–46 μg/mL范围内使细胞活力稳定下降22–33%（24 h）和33–41%（48 h），但无浓度依赖性，表明MDA-MB-231对ABZ相对耐药。游离FBZ则表现出浓度依赖性毒性，IC₅₀为29.05 μg/mL（24 h）和7.439 μg/mL（48 h），说明FBZ因更高疏水性增强了细胞膜滞留和毒性。形态学观察（相差显微镜）证实FBZ处理后细胞变圆、皱缩、变黑。载药胶束实验：ABZ载药胶束（10 μg/mL）在24 h时细胞活力约60%，与游离ABZ无显著差异；48 h后进一步降至约40%，显著低于游离ABZ（约67%），归因于胶束增强的细胞摄取和持续药物释放。FBZ载药胶束在24 h时毒性更强（细胞活力约50% vs. 游离FBZ约80%）；但48 h后游离FBZ毒性增强（约25%），而载药胶束活力几乎不变（仍约50%），原因是FBZ从胶束中释放缓慢，长期暴露下胞内药物积累不足。研究指出苯并咪唑类药物通过结合哺乳动物微管蛋白的秋水仙碱结合位点（COL site）发挥作用，与紫杉醇等靶点不同，因此对耐药细胞仍有效。

**2.3 体外药物释放动力学模型**
采用Higuchi和Korsmeyer–Peppas模型分析释放机制。ABZ的Higuchi常数（K_H）显著高于FBZ（约1.52倍），表明扩散更快。两系统的释放指数n均在0.43–0.85之间（ABZ: 0.824，FBZ: 0.532），对应非Fickian扩散（anomalous transport），即释放由药物扩散和PCL链松弛/溶胀共同控制。ABZ的n值更高，提示基质松弛贡献更大，与其较低的亲脂性和较小的胶束尺寸一致；FBZ的n值较低，反映扩散主导释放，与强疏水相互作用一致。这些动力学差异直接关联细胞毒性：ABZ的快速突释和高累积释放（48 h 57%）带来更优的长期细胞毒性；FBZ的缓慢持续释放在短期（24 h）提供更好的药物递送，但长期毒性弱于游离药物。

**结论讨论与总结**
讨论部分指出：载药胶束的细胞毒性结果与释放动力学密切相关。FBZ更高的亲脂性导致更强的核心保留和更慢释放，在短期给药中有效克服了其水溶性差的问题，但长期暴露时游离FBZ因直接跨膜积累而毒性更强。而ABZ的较快释放使胶束在48 h表现出增强毒性。两种胶束均未出现药物结晶或沉淀，说明胶束有效维持了药物的胶体稳定性。此外，PEG-b-PCL胶束本身无细胞毒性。研究结论部分翻译如下：
本研究证明，PEG-b-PCL胶束能够以高包封效率和纳米尺寸成功封装难溶性苯并咪唑衍生物阿苯达唑和芬苯达唑。对载ABZ和FBZ胶束的比较评估揭示了在封装行为、颗粒特性、药物释放曲线和体外抗癌活性方面的差异。所得胶束系统表现出不同的释放行为：FBZ的释放动力学慢于ABZ，可能归因于其更高的亲脂性和与疏水PCL核心更强的相互作用。针对MDA-MB-231三阴性乳腺癌细胞的体外研究表明，载药胶束相比游离药物具有增强的细胞毒性，尽管ABZ和FBZ载药胶束观察到不同的时间依赖性效应。需要进一步研究细胞摄取、药代动力学、生物分布和体内抗肿瘤功效，以更好地理解这些PEG-b-PCL纳米系统作为递送亲脂性抗癌药物平台的治疗潜力。