紅色單質硒/DOX-淀粉復合顆粒的制備及抗腫瘤協同效果分析

肖蘇堯，趙力超，劉曉娟，曾 穎，莊濠宇，曹 庸

(華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642)

紅色單質硒/DOX-淀粉復合顆粒的制備及抗腫瘤協同效果分析

肖蘇堯，趙力超，劉曉娟，曾 穎，莊濠宇，曹 庸*

(華南農業大學食品學院，廣東廣州 510642)

合成了紅色單質硒－多柔比星－淀粉復合納米顆粒，并作用于肝癌BEL7404細胞，采用MTT法檢測其對細胞的生長抑制情況。將Na2SeO3還原成紅色單質硒，然后通過疏水作用結合到裝載有多柔比星(DOX)的淀粉納米顆粒的表面，形成紅色單質硒－多柔比星－淀粉復合顆粒(Se/DOX－StNP);采用Zeta－size粒度儀檢測其顆粒分布和表面電荷，顆粒直徑范圍為50～80nm，表面電荷為－13.9mV;透射電鏡結果顯示具有明顯核殼結構;顆粒作用于肝癌BEL7404細胞，其細胞生長抑制率比相當量的紅色單質硒和DOX－淀粉納米顆粒(DOX－StNP)的細胞抑制率總和高出15%，展現了紅色單質硒促進DOX抗腫瘤活性的協同效果。結果表明，復合制劑實現不同藥物的同時給藥，有較好的抗腫瘤效果，這將為抗腫瘤藥物的藥劑學研究提供新的思路。

紅色單質硒，多柔比星，復合納米顆粒，抗腫瘤，協同效果

硒元素是人體內不可缺少的重要物質，具有重要的生理功能，參與體內多種代謝活動、抗氧化作用和抗癌作用等［1－5］。美國Clark博士［6］領導的研究小組通過長期的研究結果表明，合理地補充硒能使癌癥發病率和死亡率顯著降低。Nuttal［7］曾提出膠體狀態紅色元素硒具有抑制腫瘤和提高免疫功能的生物學活性，高學云等［8－10］將硒化合物應用納米技術制備得到紅色硒納米顆粒，通過灌喂荷瘤小鼠，可顯著抑制荷瘤小鼠的瘤重和瘤重/體重指標，并可顯著提高小鼠的脾臟天然殺傷細胞活性和腹腔巨噬細胞吞噬雞紅細胞能力。硒的抑癌作用主要是由于其抗氧化作用和提高系統免疫力而實現的，另外它還能殺傷腫瘤細胞，而且對受到損害的DNA進行修復、影響細胞增殖周期，是一種具有防癌抗癌功能的無機元素［11－14］。但是，由于硒為無機物質，很難以單方使用，而且在體內的使用劑量受到限制，抑癌效果發揮不了，因此影響了在癌癥治療上的廣泛應用。為了擴展硒在癌癥治療中的應用，充分發揮其抗癌功能，本文考慮將亞硒酸鹽還原為具有生物活性的紅色硒，與常用抗癌藥物多柔比星(DOX)聯合，采用納米制備手段研制出紅色單質硒/多柔比星－淀粉復合納米顆粒，并檢驗其對肝癌細胞的體外抑制效果，進而探討其阻止癌細胞出現抗藥耐藥性的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

肝癌細胞BEL7404 本實驗室提供;鹽酸多柔比星 Doxorubicin· HCl，DOX，Sigma公司; RPMI1640完全培養基 北京鼎國生物公司;Na2SeO3、Vc、羅丹明 B、甲苯等試劑 均為國產分析純。

19HW－1恒溫磁力攪拌器 中國江蘇;高速離心機 日本，日立公司;F2500熒光分光光度計 日本，Hitachi;JSM－5600LV透射電子顯微鏡 日本JEOL公司;UV－1600型紫外可見分光光度計 北京瑞利公司;Zeta－Sizer電位分析儀 英國Malvern公司;CO2細胞培養箱 美國Nuaire Autoflow;酶標儀

美國Thermo Electron。

1.2 實驗方法

1.2.1 以淀粉為內核的紅色單質硒納米顆粒(Se/ StNP)的制備及清除自由基活性檢測 稱取按照文獻［15］制備成的淀粉納米顆粒(StNP)300mg懸浮于雙蒸水溶液中，并依次溶入50mg Na2SeO3、100mg VC，1000r/min的速度攪拌30min，得到紅色透亮的溶液。再加入100mg的PEG4000終止反應。18000r/min離心1h，超純水洗滌，真空冷凍干燥，得到紅色硒淀粉納米顆粒Se/StNP。

采用熒光法［16］，通過Fenton試劑和羅丹明B的體系，檢測Se/StNP的清除自由基能力。

1.2.2 以載DOX淀粉為內核的紅色單質硒(Se/DOX－StNP)復合納米顆粒的合成 稱取300mg StNP溶于50m L去離子水中，在溶液中再加入一定量除去鹽酸的抗腫瘤藥物DOX，使得溶液中DOX的濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0mg/m L，室溫下振蕩共孵育一定時間;在反應液中依次溶入Na2SeO3、過量VC，1000r/min攪拌30min，得到紅色透亮的溶液，再加入PEG4000中止反應。18000r/min離心1h，超純水洗滌，真空冷凍干燥，得到紅色納米顆粒Se/DOX－StNP。

1.2.3 Se/DOX－StNP復合納米顆粒的表征及藥物釋放檢測Se/DOX－StNP的形態學表征及穩定性檢測:上述制備的納米顆粒分散懸浮于雙蒸水中，取少量滴加在透射電子顯微鏡專用銅片上，紅外光烘烤至完全干燥，用透射電子顯微鏡檢測顆粒的形態。再將納米顆粒分散懸浮于雙蒸水中，用Zeta－Sizer粒度分析儀進行顆粒大小和電性檢測。

Se/DOX－StNP的 DOX含量及釋放檢測:取50mg制備的Se/DOX－StNP懸浮于10m L水中，加入(－淀粉酶，37℃振蕩溫浴6h，使顆粒內淀粉內核完全降解，冷卻，準確定容，然后用紫外可見分光光度計檢測消化液中DOX的量，檢測波長為480nm，硒、淀粉和淀粉酶在該波長處無吸收。以DOX的水溶液做標準曲線。10mg Se/DOX－StNP復合物懸浮于PBS(pH7.4)中，用透析袋進行透析，透析液為50m L的PBS(pH7.4)，于37℃下以100 r/m in的轉速振蕩，每隔一定時間取出5 m L透析液，再加入5m L PBS以維持透析液的體積。用紫外可見分光光度計檢測透析液中DOX的量，檢測波長為480nm，以DOX的PBS溶液做標準曲線。

1.2.4 Se/DOX－StNP復合顆粒作用于肝癌細胞 將Se/DOX－StNP作用于肝癌細胞，考察其細胞抑制效果，找出最佳抑制濃度。肝癌細胞BEL7404接種于96孔培養板中，加入RPM I1640完全培養液于CO2培養箱中培養24h。然后在培養板中加入實驗藥物，實驗組分為DOX組、Se/StNP組和Se/DOX－StNP組和空白組，每組設4個濃度梯度，每個濃度設4個平行孔，空白組加入BEL7404培養基10μL/孔，各組分別設空白孔調零。在培養箱中繼續培養12h，然后加入1mg/m L MTT溶液20μL/孔繼續培養4h，將培養基倒掉，用D－hanks洗滌一次，再加入100μL DMSO，使細胞完全溶解，用酶標儀在波長為570nm處測吸光值A值。該實驗重復4次。按公式計算藥物對細胞生長抑制的影響:細胞生長抑制率(%)=(1－處理組A值/對照組A值)×100。

以Se/DOX－StNP的最佳抑制濃度為實驗濃度，并以相當量的DOX和Se/StNP為對照濃度，進行協同效果比較，實驗方法如上所述。

1.2.5 數據分析 數據采用SPSS18.0進行統計，數值以平均值±標準差表示。

2 結果與討論

2.1 Se/StNP顆粒清除自由基活性檢測

Se/StNP清除自由基活性結果如圖1所示，在該實驗濃度范圍內，Se/StNP的自由基清除率明顯高于無機硒鹽Na2SeO3，并稍高于常用抗氧化劑VC，結果顯示Se/StNP具有較強的抗自由基活性，這為紅色單質硒結合到載藥顆粒上與藥物進行聯合治療提供了理論依據。

圖1 紅色單質硒/淀粉納米顆粒自由基清除活性測定Fig.1 Effect of scavenging compared between different antioxidants

2.2 Se/DOX－StNP制備條件選擇

考察了合成體系中藥物與Na2SeO3含量對顆粒載藥量和顆粒直徑的影響，結果如表1所示，DOX在溶液中的濃度對載藥量有直接的影響，濃度越大，載藥量越高，但是濃度在2mg/m L以上時，載藥量沒有大的變化，可能是因為顆粒載藥達到飽和;Na2SeO3的量非常顯著地影響顆粒直徑，因為量越大，被還原的單質硒越多，過多的硒附著在淀粉納米顆粒表面，自然就增加了顆粒的直徑。透射電鏡觀察顯示，硒層厚度適中時，顆粒可觀察到明顯的核殼結構，硒層過厚，顆粒被包裹得過于嚴實，觀察不到顆粒的核殼結構，不利于藥物的釋放。通過上述因素的討論及透射電鏡檢測效果，我們選擇了方案5作為制備顆粒的條件，即以在加有100mg淀粉納米顆粒的水溶液中，藥物濃度為2mg/m L、Na2SeO3為10mg作為顆粒的制備條件。

表1 載藥紅色單質硒/淀粉納米顆粒制備影響因素Table 1 The factors affected on Se/DOX－StNP synthesis

2.3 Se/DOX－StNP的透射電子顯微鏡檢測和粒度分析

以透射電子顯微鏡檢測Se/DOX－StNP復合顆粒(圖2)，顆粒呈圓球形，分散性好，顆粒直徑絕大部分在50～80nm之間。Zeta－Sizer粒度分析儀檢測得到Se/DOX－StNP顆粒直徑范圍為40～100nm，平均直徑為71nm，與透射電鏡所得結果基本一致。從透射電鏡還可以看出顆粒的核殼結構:小顆粒可以明顯地看到內核為白色，外周為黑色的圈;大顆粒一般顏色都較深，可能附著較厚的硒層。這初步說明了在所選擇的反應條件下顆粒的形成過程為:Na2SeO3被VC氧化后生成紅色單質Se，Se再快速結合到溶液中已經存在的DOX－StNP上，并形成規則的單層結構。若反應體系中形成的Se過量，或攪拌不均勻，就會在部分顆粒表面形成較厚的殼層，增加顆粒的直徑，即形成圖中直徑較大、顏色較深的顆粒。Zeta－Sizer粒度分析儀同時檢測得到Se/DOX－StNP帶負電，平均帶電荷為－13.9mV，可能的原因是表面的單質Se帶有大量的外層電子所致。

圖2 載藥紅色單質硒/淀粉納米顆粒的透射電鏡圖(A，×105)和顆粒直徑分布圖(B)Fig.2 TEM image cure of diameter diffribution of Se/DOX－StNP

2.4 復合顆粒載藥量及藥物釋放檢測

DOX在波長480nm處有最大吸收峰，以標準曲線法檢測到顆粒最大裝載藥物的量為39μg/mg，明顯大于對照顆粒 DOX－StNP中裝載藥物的含量(28μg/mg)，可能的原因是單質硒附著在載藥顆粒外表面的過程中，包裹進了一些藥物，另外，硒殼層也保護了非特異性吸附在顆粒上的藥物不會在顆粒洗滌過程中被洗脫，從而增加了藥物的裝載量。

將載藥顆粒在PBS(pH7.4)緩沖液中透析，檢測藥物釋放，結果如圖3所示，與對照相比，Se/DOXStNP出現了更加明顯的藥物緩慢釋放現象:DOX溶液在5h左右就很快地完全釋放;DOX－StNP的藥物釋放一半所需的時間T1/2為12h，而Se/DOX－StNP的藥物半釋放時間T1/2為19h;透析48h后，DOX－StNP的藥物釋放量為77%，而Se/DOX－StNP只有63%。由此可知，硒殼層對內核中的藥物具有一定控制釋放的作用，有利于延長藥物的作用時間。

圖3 載藥紅色單質硒/淀粉納米顆粒藥物釋放曲線Fig.3 Drug release curve of Se/DOX－StNP

2.5 Se/DOX－StNP對肝癌細胞的協同作用考察

2.5.1 Se/DOX－StNP對肝癌細胞的生長抑制 以不同濃度的Se/DOX－StNP作用于肝癌細胞，用MTT法檢測顆粒對細胞的生長抑制效果，結果如圖4所示，當復合顆粒濃度小于100mg/L時，細胞抑制率隨濃度增加呈線性增加，濃度大于100mg/L時，細胞抑制率趨于穩定，因此我們選擇載藥顆粒在培養基中濃度為100mg/L進行下一步研究。

圖4 載藥紅色單質硒/淀粉納米顆粒對肝癌細胞的生長抑制Fig.4 Inhibiting affect on liner cancer of Se/DOX－StNP

2.5.2 Se/DOX－StNP復合顆粒的協同效果考察MTT法檢測結果如圖5所示，單獨Se/StNP的細胞生長抑制率為15%，單獨DOX－StNP的細胞抑制率為34%，而復合顆粒Se/DOX－StNP的細胞抑制率達到64%，比前二者抑制率的總和還高出15%，由此可以初步判斷，Se/DOX－StNP中的Se與DOX之間具有一定程度的協同作用。分析出現協同作用原因可能有如下三點:a.單質硒殼層保護了顆粒裝載的抗癌藥物DOX，使之釋放的速度減緩，從而延長了藥物作用細胞的時間;b.紅色單質硒的抗自由基活性消除了細胞周圍的氧化性物質，降低了腫瘤細胞的分裂速度;c.單質硒晶體表面的負電荷加強了細胞膜的電負性，進一步改善了細胞膜的通透性，從而使藥物更容易進入到細胞內部，加強了對細胞的抑制作用。

圖5 載藥紅色單質硒/淀粉納米顆粒的癌細胞生長抑制效果比較Fig.5 Scavenging effect comparing between anti－drugs

3 結論

將高價硒通過氧化還原反應得到具有抗氧化活性的紅色單質硒，并使之結合到裝載有抗腫瘤藥物DOX的淀粉納米顆粒表面，首次成功制備了具有明顯核殼結構的紅色單質硒－淀粉復合納米藥物載體。該復合載藥顆粒作用于肝癌細胞，肝癌細胞生長抑制作用明顯增強，紅色單質硒與抗腫瘤藥物之間出現了明顯的協同效果。分析其原因，一方面是硒殼層增強了載藥顆粒的穩定性，減緩了藥物的釋放，延長了藥物與細胞的作用時間，另一方面可能為紅色單質硒的抗氧化作用和表面的大量游離電子改善了肝癌細胞膜的通透性［9－11］，使更多的載藥顆粒進入到細胞內部，增加了細胞內藥物的濃度，從而增強了藥物的療效。利用淀粉納米顆粒作為載體，將對腫瘤細胞作用機制完全不同的抗腫瘤藥物結合到同一個藥物載體上，實現不同藥物的同時給藥，并獲得了抗腫瘤藥物之間的協同效果。這將為抗腫瘤藥物的藥劑學研究提供新的思路。但是Se與DOX之間以多大的比例結合才能達到最好的協同效果，以及將復合顆粒作用于活體腫瘤能否起到同樣的效果，這些工作還有待于我們更進一步研究探討。

［1］Martínez－Peinado M，Nogueras－López F，Arcos－Cebrián A，etal.Serum selenium levels in cirrhotic patients are not Influenced by the diseaseseverity index［J］.Nutrition Research，2010，30 (8):574－578.

［2］Zhong W X，Oberley T D.Redox－mediated effects of selenium on apoptosis and cell cycle in the LNCaP human prostate cancer cell line［J］.Cancer Research，2001，61(10):7071－7078.

［3］Dong Y，Lisk D，Block E.Characterization of the biological activity of(－Glutamyl－Se－methylselenocysteine:a novel，naturally occurring anticancer agent from garlic［J］.Cancer Research，2001，61(4):2923－2928.

［4］ Chen T F，Wong Y S，Zheng W J，et al.Selenium nanoparticles fabricated in undaria pinnatifida polysaccharide solutions inducemitochondria－mediated apoptosis in A375 human melanoma cells［J］.Colloids and Surfaces B:Biointerfaces，2008，67(1):26－31.

［5］陳義朗，李新生，鐘三子，等.兩種新型有機硒化合物的合成及其抗癌活性的研究［J］.化學試劑，2004，26(5):261－262.

［6］Clark L C，Combs G F，Turnbull B W，et al.Effects of selenium supplementation for cancer prevention in patients with carcinoma of the skin:A randomized controlled trial［J］.JAMA，1996，276(24):1957－1963.

［7］Nuttall K L.Elemental selenium and glutathione reductase［J］.Med Hypotheses，1985，16(2):155－159.

［8］Gao X Y，Zhang J S，Zhang L D.Hollow sphere selenium nanoparticle:their in－vitro anti hydroxyl radical effect［J］. Advanted Materials，2002，14(4):290－292.

［9］高學云，張勁松，張立德，等.納米紅色元素硒抑制腫瘤和提高免疫功能的作用［J］.中國公共衛生，2003，25(19): 309－310.

［10］ Zadro˙zna M，Gawlik M，Nowak B，et al.Antioxidants activities and concentration of selenium，zinc and copper in preterm and IUGR human placentas［J］.Journalof Trace Elements in Medicine and Biology，2009，23(2):144－148.

［11］Zhang H X，Zhang P.Synthesis of Vitamin– selenium complex and its effects on proteins and tumor cells［J］.Spectro chimica Acta Part A:Molecular and Biomolecular Spectroscopy，2011，83(1):406－410.

［12］Vonnahme K A，Wienhold C M，Borowicz P P，et al. Supranutritional selenium increasesmammary gland vascularity in postpartum ewe lambs［J］.Journal of Dairy Science，2011，94 (6):2850－2858.

［13］Shiobara Y，Ogra Y，Suzuki K T.Exchange of endogenous selenium for dietary selenium as 82 Se－enriched selenite in brain，liver，kidneys and testes［J］.Life Science，2000，67(14): 3041－3049.

［14］Sanchez V，Camarero J，O’Shea E.Differential effect of dietary selenium on the long－term neurotoxicity induced by MDMA inmice and rats［J］.Neuropharma－cology，2003，44(3): 449－461.

［15］Xiao S Y，Liu X M，Tong C Y，et al.Studies of poly－llysine－starch nanoparticle preparation and its application as gene carrier［J］.Science in China Ser B Chemistry，2005，48(2): 162－166.

［16］童春義，薛昌剛，劉選明，等.熒光法－MTT法檢測紅色納米硒的抗氧化活性［J］.分析化學，2006(12):1752－1754.

Synthesis and synergetic anti－tumor effect of Se/DOX－StNP

XIAO Su－yao，ZHAO Li－chao，LIU Xiao－juan，ZENG Ying，ZHUANG Hao－yu，CAO Yong*
(College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)

Drug－loaded Se－StNP w ith size of 50～80nm was ob tained by covertion of red element Se on the surface of DOX－loaded StNP，which had obvious shell－core structure，and the surface charge was－13.9m V.Drug－loaded Se－StNPs were incubated w ith liver cancer BEL7404 cell，and MTT assay was used to detec t the cell g row thinhibition ratio.The result showed that the grow th－inhibition ratio of Drug－loaded Se－StNPs was higher by 15% than the summ ation of g row th－inhibition ratios of element Se and DOX－StNP.This ind icated that the synergetic anti－tumor effectwas achieved by using DOX－loaded Se－StNPs.The possib le reasons for the synergetic anti－tumor effec t of com p lex nanopartic les were the follows:the first was that the speed of d rug－release was slowed down because of the p rotec tion of shell－core struc ture.The second was that elem ent Se elim inated the oxidated m aterial around cells，and inhibited the speed of tumor cell d ivision.In add ition the permeability of cellmemb rane was im p roved and was availab le for d rug’s transporting into cell.The final reason was that the negative element Se increased the electronegation of cellmembrane and the permeability of cellmemb rane was thus imp roved further.

red elem ent selenium;doxorubicin;com p lex nanopartic les;tum or inhibition;cooperating effec t

TS201.2

A

1002－0306(2012)12－0114－04

2012－02－09 *通訊聯系人

肖蘇堯(1974－)，女，博士，講師，研究方向:納米功能材料和天然活性物質。

國家自然科學基金(31100433);“林業重大公益性行業科研專項”(201104003－03)。