ACS Appl. Bio Mater.|聚合物基双响应性自乳化纳米液滴作为难溶性药物的潜在载体
今天给大家分享一篇最近发表在ACS Applied Bio Materials上的文章，题为“Polymer-Based Dual-Responsive Self-Emulsifying Nanodroplets as Potential Carriers for Poorly Soluble Drugs”，通讯作者是北京协和医学院的朱敦皖教授和美国明尼苏达大学的王淳教授。
在过去的几十年里，各种各样的智能纳米颗粒被广泛研究并应用于药物递送。然而，这些纳米载药系统仍然有一些缺点。脂质体的载药能力有限，在生理环境中不稳定。小分子表面活性剂的药物增溶和载药能力有限，且有毒性。聚合物载药胶束是通过两亲性嵌段共聚物自组装形成的，在这一过程中，水溶性差的有效药物成分穿越水/非水溶剂界面，进入到胶束的疏水核中。这样的过程既复杂又低效，且多需要表面活性剂来保持体系稳定。此外，许多聚合物胶束系统的疏水核可能是结晶的，这导致药物增溶和载药能力有限。
聚乙二醇-聚己内酯(PEG-PCL)嵌段共聚物是目前研究最广泛的药物纳米载体之一，其具有良好的生物相容性。然而，PEG-PCL嵌段共聚物胶束的PCL核心通常是固态晶体。本文中，作者设计了一种可生物降解的两亲性液态PEG-PCL嵌段聚合物。与传统的聚合物胶束相比，这些纳米液滴具有高流动性，并且不需要额外的表面活性剂，可实现自乳化。此外，这种纳米液滴还具有温度、pH双重响应性。
这种聚合物PA11由短链聚乙二醇和聚己内酯通过不耐酸的缩醛键连接而成（图1）。聚合物的平均分子量超过18 kDa，在室温和生理温度下均为粘性液体。
图1. PA11的合成方法
PA11在水中呈球状，粒径相对均匀（图2）。其自组装行为取决于聚合物浓度，这是自组装两亲性聚合物在水溶剂中的常见现象。PA11在浓度约0.05 mg/mL时开始形成稳定的纳米液滴（即临界聚集浓度，CAC）。当浓度提高至2 mg/mL时，PA11呈超稳定相，形成的颗粒较小，多分散性较低。
图2. 0.2 mg/mL PA11在水中的分散情况
接着，作者分析了纳米液滴对温度的响应性。当浓度超过CAC的PA11水溶液加热超过一定温度时，由于纳米液滴聚集成大的可见光散射微液滴，透明溶液变得浑浊。这一浊点取决于聚合物浓度。在相对较高的聚合物浓度（5和10 mg/mL）下，相变发生在狭窄的温度范围内，是一种不连续的转变；而在较低的浓度（0.1和1 mg/mL）下，转变的温度范围更宽，是一个更连续的过程；在更低的浓度（0.02 mg/mL）下，60 ℃以下都没有观察到相变。另外，通过降低PEG/PCL比率来增加聚合物的疏水性有望降低相变温度，使其更接近生理温度。
作者认为可以将这种40 ~ 51 ℃温度范围内触发的纳米粒子相变应用于局部热疗。比如，以高浓度局部施用纳米液滴，注射部位被加热后，纳米液滴聚集成较大的微液滴，在生物组织或器官中保留更长时间。或者，在全身施用纳米液滴后，在远端靶器官诱导局部热疗，从而增强聚合物载体及活性物质的聚集。
纳米液滴对pH也具有响应性。虽然纳米液滴在pH 7.4下稳定数天，但在pH 5.0的弱酸性条件下，聚合物主链中缩醛键的水解大大加快，形成了大的微液滴（图3）。当被用作药物载体时，纳米液滴在生理pH值下的稳定性将延长其血液循环时间，直到由于EPR效应在肿瘤中积聚，溶酶体的弱酸性环境将催化聚合物的不可逆水解，并将纳米液滴融合成更大的微液滴，这些微液滴将保留在细胞内起持续治疗的作用。
图3. PA11弱酸性条件下水解
作者还检测了PA11的细胞毒性，即便是在2 mg/mL的高浓度下，EMT-6小鼠乳腺癌细胞24小时存活率仍可以达到85%。这表示PA11几乎没有细胞毒性。
尼罗红(NR)是一种水溶性很差的荧光探针，但是可以在PA11纳米液滴中溶解。PA11包载的NR可以实现高效的细胞内递送。（图4）
图4. 纳米液滴负载NR对EMT-6细胞的细胞毒性及细胞内转运
疏水性吲哚菁绿（ICG）也被包裹在纳米液滴中，并通过尾静脉注射到小鼠体内。结果表明，纳米液滴显著改善了难溶性ICG向肝脏和肾脏的体内递送，但没有向其他器官递送。到48小时时，PA11/ICG组和游离ICG组的肝脏和肾脏信号均显著减弱，两者之间差异不大。免疫学结果显示，给药48小时后组织结构和形态无明显变化，这说明纳米液滴在体内无急性全身毒性。（图5）
图5. 全身注射PA11/ICG与游离ICG的器官分布及短期体内安全性评价
综上所述，两亲性液体聚合物自乳化纳米液滴将是一种很有前途的难溶性药物递送和体内成像的材料体系。
作者：LC 审校：LCY
DOI：10.1021/acsabm.1c00194
Link: https://doi.org/10.1021/acsabm.1c00194