小小颗粒大能量：双靶向配体纳米颗粒跨血脑屏障的药物递送 | MDPI Pharmaceutics

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常言道，药到而病除，药物治疗是打败疾病的重要环节之一。然而，并非所有药物都能顺利抵达“战场”完成“使命”。研究人员发现许多用于治疗神经性疾病的药物无法通过血脑屏障，因而难以充分发挥其治疗效果。由此，经过一系列探究，研究人员发现使用纳米载体将药物递送至中枢神经是解决治疗药物对脑实质渗透性低的潜在方法。在众多纳米载体中，具备生物相容性、生物可降解性及非免疫原性的囊泡纳米颗粒尤为突出。这种纳米载体可以容纳亲水、亲脂，大分子及小分子物质，还具备可控释放特性[1,2]。另外，这类纳米载体中非离子型表面活性剂囊泡纳米颗粒，氧化敏感性较低，具有优秀的物理稳定性[3]。

图片来源：Pixabay

为了确保药物能够充分运输到脑部从而治疗神经性疾病，以血脑屏障为目标的囊泡纳米颗粒成为了相关研究中重要的一环。研究人员找到了两位"朋友"共同完成这一探索——谷胱甘肽和丙氨酸。谷胱甘肽是作为纳米颗粒定向递送到血脑屏障的最成功的配体之一；同时，丙氨酸也能够提高大分子蛋白质在血脑屏障的渗透率。纳米颗粒穿过血脑屏障之后，还需要穿过多个细胞层才能到达存在于神经元或者是神经胶质细胞中的靶标，所以将纳米颗粒负载的物质运送到神经血管单位是神经性治疗的关键一环。

匈牙利科学院赛格德生物研究中心的科学顾问Mária A. Deli博士及其团队在Pharmaceutics期刊上发表的文章提出了用双靶向纳米颗粒将蛋白质货物递送到脑内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞和分化神经元细胞的新思路。

图 1. 靶向血脑屏障转运蛋白的囊泡纳米颗粒

作者在先前的研究中已经证明只有丙氨酸或只有谷胱甘肽作为配体的单靶向纳米颗粒在穿过血脑屏障的效果不如同时具备丙氨酸和谷胱甘肽的双配体囊泡纳米颗粒[4]。本文实验则重点比较了非靶向囊泡纳米颗粒与丙氨酸-谷胱甘肽双靶向囊泡纳米颗粒两种纳米颗粒的穿透能力。

首先,作者通过细胞摄取纳米颗粒所携带的蛋白质货物EBA (Evans Blue-labeled Bovine Serum Albumin) 这一实验来量化周细胞对纳米颗粒所包裹的蛋白质货物的摄取，然后将周细胞摄取纳米颗粒这一过程进行可视化。所得数据表明，周细胞对谷胱甘肽和丙氨酸双靶向纳米颗粒里包裹的EBA摄取量明显大于非靶向纳米颗粒所携带的EBA。通过改变温度、添加ATP合成抑制剂，作者发现周细胞对于EBA的摄取明显降低，可见该过程是一个活跃的细胞过程，需要适宜的过程和能量才能进行。另外，作者使用内吞抑制剂来抑制所有主要的内吞途径，发现内吞是周细胞摄取纳米颗粒所携带货物的一种途径。星形胶质细胞，人脑内皮细胞和分化的SH-SY5Y神经元细胞都呈现出几乎类似的实验结果。

接着，作者就蛋白质货物穿越血脑屏障共养模型的渗透率进行了相关实验（实验装置如图2）。模型的上部和下部流体隔室均接受补充有550 nM氢化可的松的内皮细胞培养基。脑内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞三种细胞一起培养4天，然后开始进行渗透性实验。向上层隔室加入2 µg/mL mCherry的纳米颗粒溶液，经过一段时间后，从隔室中取出样品，使用荧光分光光度计来定量mCherry货物的荧光信号，所得数据表明，使用丙氨酸-谷胱甘肽双靶向配体纳米颗粒运载的货物通过血脑屏障的量是使用非靶向纳米颗粒运载的货物的2.39倍，是未用纳米颗粒封装的货物的1.89倍。

图 2. 血脑屏障共培养模型示意图和流程

文末总结

通过该项研究，作者发现丙氨酸和谷胱甘肽双靶向囊泡纳米颗粒有可能被用来将药物，甚至是生物药物，通过血脑屏障传递到大脑的多种细胞类型中。这种双配体纳米颗粒不仅增强了穿越血脑屏障的渗透率，还促进了大蛋白质货物向神经血管细胞的递送。其次，作者还揭示了细胞摄取这些纳米颗粒的过程是活跃的且需要能量的，其中一部分摄取由内吞作用介导。

不过，一些问题仍然有待研究，比如关于谷胱甘肽在脑内皮细胞和星形胶质细胞的转运的确切机制以及其进入大脑和神经血管单元细胞的转运蛋白还有待阐明。总的来说，本文中的研究成果为神经系统疾病的药物治疗做出了重要贡献和启示。为解决药物在通过血脑屏障时的低效性传送问题，研究人员可以考虑将丙氨酸和谷胱甘肽的结合起来作为双靶向配体的纳米粒子来让跨越血脑屏障输送药物变得更加轻松。

参考文献

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1. Masserini, M. Nanoparticles for brain drug delivery. ISRN Biochem. 2013, 2013, 238428.

2. Bozzuto, G.; Molinari, A. Liposomes as nanomedical devices. Int. J. Nanomed. 2015, 10, 975–999.

3. Abdelkader, H.; Alani, A.W.; Alany, R.G. Recent advances in non-ionic surfactant vesicles (niosomes): Self-assembly, fabrication, characterization, drug delivery applications and limitations. Drug Deliv. 2014, 21, 87–100.

4. Balabanov, R.; Washington, R.; Wagnerova, J.; Dore-Duffy, P. CNS microvascular pericytes express macrophage-like function, cell surface integrin alpha M, and macrophage marker ED-2. Microvasc. Res. 1996, 52, 127–142.

期刊介绍

Pharmaceutics (ISSN 1999-4923; IF 4.421) 是一个国际型开放获取期刊。期刊主题涵盖了生物制药、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。Pharmaceutics采取单盲同行评审，一审周期约为13.3天，文章从接收到发表只需2.7天。

原文出自Pharmaceutics期刊

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本文作者：Chaos Ding

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