Angew. Chem. Int. Ed.|刺激响应性全氟碳乳剂实现基因递送

    大家好，今日带来近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上的“Redox-responsive gene delivery from perfluorocarbon nanoemulsions through cleavable poly(2-oxazoline) surfactants”。本文的通讯作者是来自UCLA的Ellen M. Sletten教授。

    乳剂(emulsions)是最为古老的一种药物载体。自二战以来，它就被广泛用于肠胃外给药。对常规药物而言，乳剂具有高负载、高生物利用度的优势，还能保护其免受物理/酶降解。稳定的纳米乳剂(尺寸小于200 nm)能耐受复杂体内环境的影响，有效延长体内循环半衰期，还能增加肿瘤蓄积。

    全氟碳(perfluorocarbon, PFC)能在水中形成稳定的乳剂，同时对人体有着较高安全性。FDA批准应用中，PFC能作为造影剂或用于运输氧气。PFC的表面张力等物理性质与水相有着较大差异，所以和生物体中大多数的系统相互正交。这既能减少包载物被动释放，又会带来常规药物(包括小分子、蛋白质等)难以富集于PFC的问题。另外，实际应用中，PFC乳剂释放药物需要利用超声的空化作用(如图1左)。同时，超声也可能导致组织、血管的损伤，甚至细胞膜的瞬时穿孔，对人体产生不可预知的伤害。

图1. 传统方法利用被动扩散或超声诱导的空化作用（左）。本工作利用含二硫键的嵌段共聚物表面活性剂稳定乳剂。遇还原性物质(如GSH等)，表面活性剂会发生裂解，从而触发破乳、释放包载物（右）。

    为了更温和地实现定点释放，同时拓展该策略的包载物范围，作者使用连接部位含有二硫键的二嵌段聚(2-噁唑啉)作为表面活性剂，制备了一种新型PFC乳剂。这种新型乳剂能对体内还原性物质(如GSH等)作出响应，发生破乳，从而释放包载物(如图1右)。

    如图2所示，作者合成出连接部分含有二硫键的p(MeOx)₂₇-SS-p(NonOx)₈(记作聚合物5)和p(MeOx)₃₀-b-p(NonOx)₁₂(记作聚合物6)。为了形成PFC纳米乳液，将聚合物5或6溶解在DMF中，用磷酸盐缓冲盐水(PBS，pH 7.4)稀释至表面活性剂质量分数为15%。将该溶液与体积分数为10%的PFC一起超声处理，得到了PFC乳剂。根据动态光散射(Dynamic light scattering, DLS)表征，两种聚合物形成的PFC乳剂粒径均接近200 nm。

图2. 二嵌段共聚物表面活性剂的合成、表征及其形成PFC乳剂过程与表征

    接下来，作者表征了新型PFC乳剂的刺激响应性。如图3所示，作者猜想二硫键将位于液-液界面之间，还原剂能与二硫键接触，从而发生聚合物表面活性剂中亲水段和亲油段之间的分离，导致破乳以及包载物(氟溶性罗丹明染料)的释放。结果表明，聚合物5对GSH具有响应性，能在细胞质基质氧化还原条件(GSH浓度为10 mM)下发生二硫键的断裂，从而导致染料的释放。而由于主链缺少还原性响应基团，基于聚合物6形成的乳剂在不同浓度的GSH作用下都不能释放内部染料。

图3. 基于响应性表面活性剂形成的PFC乳剂可在还原剂存在下发生破乳、释放包载物。

    最后，作者使用了一种具有两条C₆F₁₃链的铵盐作为氟标签，实现质粒(pDNA)在PFC乳剂中的溶解(如图4A)。为了更好实现递送过程的表征，作者选用了eGFP质粒。和氟标签混合、冻干后，它和聚合物5形成PFC乳剂。结果表明，该乳剂能在GSH存在下实现高效转染。

图4. GSH响应性纳米乳剂实现具有eGFP序列质粒的递送。

    综上所述，作者制备了一种连接部分具有二硫键的二嵌段聚(2-噁唑啉)表面活性剂，二硫键能与细胞中浓度较高的还原性物质(如GSH)反应。因此，它能用于形成GSH响应性的PFC乳剂。作者实现了这种新型PFC乳剂在细胞中温和释放质粒。根据类似的思路，科学家们还能继续开发具有pH、活性氧响应性的PFC乳剂，拓展这类药物递送策略的应用范围。

作者：LXY    审校：ZY

DOI: 10.1002/anie.202102413 

Link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102413