がん細胞における標的送達および細胞内薬物放出のための酵素的に切断可能なリンカーとのアプタマーゲムシタビンのコンジュゲート

ゲムシタビンは、さまざまながんの治療に臨床で使用される化学療法薬です。しかし、ゲムシタビンには腫瘍細胞特異性がないため、オフターゲットの細胞毒性を引き起こし、患者に悪影響を与える可能性があります。ゲムシタビンにがん細胞特異性を与え、その治療効果を向上させるために、細胞内薬物放出を制御するためのデンドリマー構造と酵素的に切断可能なリンカーを介して高いゲムシタビンペイロード（3分子）を運ぶ独自のアプタマー薬物複合体を合成しました。まず、リンカー-ゲムシタビンデンドリマー-リンカー-ゲムシタビン生成物が生成されましたが、これは等モル量の遊離薬物よりも細胞毒性が著しく低いものでした。生化学分析により、リソソームのカテプシン B プロテアーゼが樹状リンカーを急速に切断し、結合したゲムシタビンを遊離薬物として放出することが明らかになりました。続いて、デンドリマー-リンカー-ゲムシタビンを細胞特異的アプタマーと結合させて、アプタマー-ゲムシタビン複合体を形成しました。機能アッセイにより、アプタマーの誘導下で、アプタマー-ゲムシタビン複合体が選択的に結合し、トリプルネガティブ乳がん細胞に取り込まれることが確認されました。細胞療法研究では、アプタマー-ゲムシタビン結合体が標的癌細胞に対する細胞傷害活性を増強するが、オフターゲット対照細胞には影響を及ぼさないことが示された。私たちの研究は、高薬物ペイロードと酵素制御薬物放出スイッチを組み合わせて、遊離薬物化学療法と比較してより高い治療効果とより少ないオフターゲット効果を達成する、アプタマーを介した標的薬物送達への新しいアプローチを実証しています。

Gemcitabine is a chemotherapeutic used clinically to treat a variety of cancers. However, because it lacks tumor cell specificity, gemcitabine may cause off-target cytotoxicity and adversely impact patients. To impart cancer cell specificity to gemcitabine and improve its therapeutic efficacy, we synthesized a unique aptamer-drug conjugate that carries a high gemcitabine payload (three molecules) via a dendrimer structure and enzymatically cleavable linkers for controlled intracellular drug release. First, linker-gemcitabinedendrimer-linker-gemcitabine products were produced, which had significantly lower cytotoxicity than an equimolar amount of free drug. Biochemical analysis revealed that lysosomal cathepsin B protease rapidly cleaved the dendritic linkers and released the conjugated gemcitabine as a free drug. Subsequently, the dendrimer-linker-gemcitabine was coupled with a cell-specific aptamer to form aptamer-gemcitabine conjugates. Functional assays confirmed that, under aptamer guidance, aptamer-gemcitabine conjugates were selectively bound to and then internalized by triple-negative breast cancer cells. Cellular therapy studies indicated that the aptamer-gemcitabine conjugates potentiated cytotoxic activity to targeted cancer cells but did not affect off-target control cells. Our study demonstrates a novel approach to aptamer-mediated targeted drug delivery that combines a high drug payload and an enzymatically controlled drug release switch to achieve higher therapeutic efficacy and fewer off-target effects relative to free-drug chemotherapy.