陕西师大唐艳丽教授团队《ACS AMI》: 生物活性复合纳米粒子用于微环境调节、神经保护和细胞分化

点击蓝字关注我们

脑损伤通常会导致神经组织损伤并引发永久性神经功能缺损，一直以来是造成神经退行性疾病的主要诱因之一。基于成体神经干细胞（NSCs）和成神经细胞促进新神经元的产生是临床前动物模型中各种神经退行性疾病的新兴细胞疗法。但由于供体来源稀缺、细胞成熟度不受控制、细胞存活率低和移植率低等不足，治疗效果并不是很理想。并且，在受损部位存在严重炎症、缺乏基质支持和营养因子等因素也严重影响了细胞移植的治疗效果。

陕西师范大学唐艳丽课题组长期致力于新型共轭聚合物的设计合成及其在生物传感、生物成像、药物传递、抗菌/抗肿瘤治疗等多种生物医药方面的应用研究。由于共轭聚合物具有良好的生物相容性，在组织工程领域，尤其是再生医学领域，显示出了巨大的潜力。近日，该课题组提出了一种微环境调节结合细胞分化治疗神经退行性疾病的新策略。通过引入共轭聚噻吩衍生物 PMNT 和富勒烯醇来设计和合成一种生物活性复合纳米粒子 (PMNT/ F@D-NPs )，用于活性氧 (ROS) 清除、神经细胞保护和分化，为神经组织退化疾病治疗提供了新思路（图1）。相关工作发表以“Bioactive Composite Nanoparticles for Effective Microenvironment Regulation, Neuroprotection, and Cell Differentiation”为题发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。

 

图1. PMNT/F@D-NPs的制备及其神经保护、增殖和分化的多功能作用示意图。

首先，作者用纳米共沉淀法制备了复合纳米粒子PMNT/F-NPs；然后，为提高纳米粒子的稳定性和生物相容性，增强纳米粒子的细胞渗透性及跨膜效率，该纳米粒子表面进一步用中性磷脂DOPE进行了修饰，制备成PMNT/F@D-NPs。PMNT/F@D-NPs的直径约为220 nm，ζ 电位为-1.29 mV，并且具有优异的胶体稳定性（图2）。

图2. PMNT/ F@D-NPs纳米粒子的表征。

作者以PC12细胞作为神经细胞模型进一步研究了PMNT/F@D-NPs的细胞摄入情况。PC12细胞经过不同内吞抑制剂预处理后，激光共聚焦显微成像研究表明，PMNT/F@D-NPs纳米粒子主要通过网格蛋白介导的胞吞途径进入细胞。为了揭示PMNT/F@D-NPs纳米粒子在细胞内的分布情况，利用荧光共定位成像及共定位光谱进行分析，研究表明PMNT/F@D-NPs和溶酶体显示强烈共定位（皮尔逊系数为 0.698）作用，然而与线粒体只显示部分共定位（皮尔逊系数为 0.289）效应（图3）。

图3. PMNT/ F@D-NPs的细胞摄入研究。

通过建立细胞氧糖剥夺模型（OGD）来模拟体外脑缺血，探讨了复合纳米粒子对缺血后细胞的保护作用。结果表明，OGD可以促进ROS的产生，进一步诱导PC12细胞凋亡。然而，值得一提的是，复合纳米粒子尤其是PMNT/F@D-NPs可以大大减轻PC12细胞的凋亡。因此，PMNT/F@D-NPs可用作神经保护剂，以减少细胞内 ROS、降低ROS对神经元细胞的损伤（图4）。MTT结果表明，PMNT/ F@D-NPs能够有效促进细胞增殖。作者进一步通过酶联免疫、免疫荧光、蛋白质印记实验，发现PMNT/ F@D-NPs还可有效促进PC12细胞分化（图5）。

图4. 纳米粒子对OGD处理后的PC12细胞的ROS清除及细胞凋亡研究。

总之，这种基于生物活性聚噻吩衍生物PMNT 和富勒烯醇的复合纳米粒子修复受损神经的新策略，有效改善了受损区域的微环境，促进了内源性神经元细胞的存活和分化，为神经组织退化疾病的治疗提供了新思路。

图5. 纳米粒子对PC12细胞的增殖和分化研究。

陕西师范大学化学化工学院唐艳丽教授为该论文的通讯作者，博士生袁琼为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（21974084）、陕西省重点科技创新团队（2021TD-42）、中央高校基本科研业务费专项资金（2020CBLY006，GK202101001）的资金支持。

原文链接

https://doi.org/10.1021/acsami.2c00579

相关进展

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。