研究揭示納米藥物載體的力學性能對於克服多重生理屏障的影響

2020-11-30 中國科學院

研究揭示納米藥物載體的力學性能對於克服多重生理屏障的影響

2018-07-06 上海藥物研究所

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　　7月4日，《自然-通訊》雜誌以Rapid transport of deformation-tuned nanoparticles across biological hydrogels and cellular barriers 為題，在線報導了中國科學院上海藥物研究所和中國科學院國家納米科學中心合作的最新研究成果。

　　與傳統的給藥方式相比，將藥物分子搭載到納米藥物載體上可以實現藥物的高效精確傳遞和可控釋放。近年來，這種新型的給藥方式在改善藥物口服吸收和腫瘤治療中已經取得了突破性的研究成果。然而，與簡單的體外實驗環境相比，納米藥物載體在到達靶組織和靶細胞之前需要克服生物體內的多重生理病理屏障，如：酶屏障、黏液屏障、細胞間質屏障、細胞屏障以及胞內轉運屏障等。因此，為實現療效最大化，設計和製備能夠克服多重生理屏障並且具備高效的細胞攝入量的新型遞送載體成為納米藥物從實驗室轉向臨床應用的一個重要挑戰。

　　前期，上海藥物所研究員甘勇和國家納米中心研究員施興華團隊結合分子動力學模擬和超解析度顯微鏡技術，發現棒狀粒子特有的「旋轉-跳躍」運動方式能促進其在網格狀黏蛋白液體內的擴散速度，可有效提高遞藥效率，並提出了一個考慮顆粒黏附效應的障礙-擴散理論模型。相關成果陸續發表於Nano Letters 16, 7176-7182 (2016)；Journal of the Mechanics and Physics of Solids 112: 431-457 (2018)。同時，雙方又發現制約納米載體口服遞藥和腫瘤遞藥的共性生理因素：具有網狀結構的生物凝膠（如黏液和腫瘤細胞間質）在藥物載體抵達靶細胞前扮演了重要的阻滯作用，且單一調節載體的尺度、表面性質等往往不能夠有效地克服遞藥過程中的多重生理屏障。

　　啟發於腫瘤細胞較正常細胞具有更低的楊氏模量（剛度），加速腫瘤細胞的轉移和擴散，科研人員考察不同剛柔性納米藥物載體在克服胞內外多重屏障的能力。採用微流控技術，設計製備了以磷脂膜為殼、聚丙交酯乙交酯共聚物（PLGA）為核的納米顆粒載體。通過調節載體的力學性能，發現剛度適中的載體在生物凝膠中具有最高的擴散係數，且比不含PLGA內核的脂質體擴散係數提高10倍，進而擁有最優的細胞攝取量和藥物遞送能力。相關高效遞藥效果也在生物體內獲得了驗證。隨後，結合高分辨顯微鏡觀測和分子模擬技術，研究者對藥物載體的力學性能調節其在生物凝膠屏障中擴散的力學機制進行了解析，即顆粒越軟，易於變形，則載體與黏蛋白組織產生更強吸附影響其擴散；而過硬的顆粒不易變形，則容易陷入黏蛋白網絡，也難以實現高效擴散。進而發現剛度適中的顆粒具有適宜的變形能力，易於穿越生物凝膠、細胞膜等多重屏障，具有最優的遞藥能力。這些發現將有助於科學家們利用物理屬性（如形狀、力學性能等）設計高效的藥物載體。

　　該研究工作是在甘勇和施興華指導下，分別由雙方所在課題組的博士俞淼榮、副教授徐璐（瀋陽藥科大學）和博士田發林等人協作完成。研究工作同時得到了布朗大學教授高華健（美國工程院、科學院院士，中國科學院外籍院士）的指導建議。該研究得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助。來自上海交通大學和國家蛋白質中心的研究人員以多種方式提供了支持和幫助。

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　　7月4日，《自然-通訊》雜誌以Rapid transport of deformation-tuned nanoparticles across biological hydrogels and cellular barriers 為題，在線報導了中國科學院上海藥物研究所和中國科學院國家納米科學中心合作的最新研究成果。
　　與傳統的給藥方式相比，將藥物分子搭載到納米藥物載體上可以實現藥物的高效精確傳遞和可控釋放。近年來，這種新型的給藥方式在改善藥物口服吸收和腫瘤治療中已經取得了突破性的研究成果。然而，與簡單的體外實驗環境相比，納米藥物載體在到達靶組織和靶細胞之前需要克服生物體內的多重生理病理屏障，如：酶屏障、黏液屏障、細胞間質屏障、細胞屏障以及胞內轉運屏障等。因此，為實現療效最大化，設計和製備能夠克服多重生理屏障並且具備高效的細胞攝入量的新型遞送載體成為納米藥物從實驗室轉向臨床應用的一個重要挑戰。
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　　該研究工作是在甘勇和施興華指導下，分別由雙方所在課題組的博士俞淼榮、副教授徐璐（瀋陽藥科大學）和博士田發林等人協作完成。研究工作同時得到了布朗大學教授高華健（美國工程院、科學院院士，中國科學院外籍院士）的指導建議。該研究得到國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項的資助。來自上海交通大學和國家蛋白質中心的研究人員以多種方式提供了支持和幫助。
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列印 責任編輯：葉瑞優

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