日前,耶魯大學(xué)(Yale University) 的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》子刊《Nature Communications》發(fā)表論文表明,通過(guò)改變納米顆粒(nanoparticles)表面的化學(xué)性質(zhì),可以讓它們與大腦中的特定細(xì)胞相結(jié)合。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于更精確地將納米藥物運(yùn)送到大腦腫瘤中。
▲納米顆粒(紅色)被小鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(綠色)的癌細(xì)胞吸收
納米顆粒能夠?qū)⑺幬镞\(yùn)送到身體特定部位,同時(shí)減少藥物對(duì)正常組織的毒副作用,在治療癌癥和其它疾病方面具有很大潛力。但是,在大腦中使用納米顆粒目前來(lái)說(shuō)仍然面臨著很大的挑戰(zhàn)。這一方面是由于血腦屏障(blood-brain barrier)的存在。它導(dǎo)致注射到血循環(huán)系統(tǒng)中的納米顆粒只有不到 1%能夠穿越血腦屏障進(jìn)入大腦。因此,科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種稱為對(duì)流增強(qiáng)運(yùn)輸(convection-enhanced delivery, CED)的方式直接將納米顆粒通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)注射到大腦組織中,從而繞過(guò)血腦屏障的阻礙。為了防止納米顆粒附著在細(xì)胞外基質(zhì)上并促進(jìn)它們?cè)诖竽X組織中的滲透,科學(xué)家們?cè)诩{米顆粒表面裝飾上包括聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)或超支化聚甘油(hyperbranched glycerol,HPG)等不同類型的聚合物。但是即便加上了這些聚合物的修飾,納米顆粒在治療大腦疾病的動(dòng)物模型中的表現(xiàn)仍然不盡人意。那么還有什么因素能夠影響到納米顆粒的生物活性呢?
在這項(xiàng)最新研究中,耶魯?shù)难芯咳藛T把他們的注意力放在注射到大腦組織中的納米顆粒與不同細(xì)胞的相互作用上。當(dāng)納米顆粒被注射到大腦組織后,有些納米顆粒會(huì)駐留在細(xì)胞間隙(intercellular space)中,而有些納米顆粒則會(huì)通過(guò)與細(xì)胞膜相互作用,被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部。研究人員發(fā)現(xiàn),根據(jù)納米顆粒表面附著的聚合物的化學(xué)性質(zhì)不同,它們被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部的數(shù)量也不一樣。表面附著大量 PEG 或 HPG 的納米顆粒雖然在大腦組織中的滲透能力得到了加強(qiáng),但是同時(shí)它們更不容易被細(xì)胞識(shí)別并且轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部。
▲具有不同化學(xué)表面修飾的納米顆粒示意圖
對(duì)于攜帶化療藥物的納米顆粒來(lái)說(shuō),能夠被癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部可以增強(qiáng)藥物的療效。PEG 和 HPG 修飾本來(lái)是為了增強(qiáng)納米顆粒在大腦組織中滲透能力,現(xiàn)在反而成了降低藥效的阻礙。為了讓納米顆粒更容易被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部,研究人員對(duì) HPG 的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了改造,他們將 HPG 中的鄰位二醇(vicinal diols)轉(zhuǎn)變?yōu)槿┗?CHO),這些攜帶醛基的 HPG(HPG-CHO)更容易與蛋白中的氨基相結(jié)合,從而讓納米顆粒變得更容易與細(xì)胞發(fā)生相互作用。這些具有生物黏附力的納米顆粒注射到大腦后,能夠迅速被大腦中的神經(jīng)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞(astrocyte)和小膠質(zhì)細(xì)胞(microglia)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部。大腦中的腫瘤細(xì)胞尤其能以很快速度將這些納米顆粒轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部。
為了檢驗(yàn)改變納米顆粒表面的化學(xué)性質(zhì)對(duì)納米藥物療效的影響,研究人員在不同類型的納米顆粒中裝入同樣數(shù)量的化療藥物,然后將它們注射到攜帶多發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 (glioblastoma multiforme) 的小鼠大腦中。他們發(fā)現(xiàn),表面裝飾著 HPG-CHO 的納米顆粒,比表面裝飾著 PEG 或 HPG 的納米顆粒更有效地延長(zhǎng)小鼠的生命。
這項(xiàng)研究結(jié)果意味著改變納米顆粒表面的化學(xué)性質(zhì)是調(diào)節(jié)它們攜帶的藥物在組織中分布的重要手段。研究人員認(rèn)為未來(lái)我們可以通過(guò)這一手段改善特定療法在靶向細(xì)胞中的療效并減少它們對(duì)其它細(xì)胞的毒性。
參考資料:
[1] 'Sticky' particles promise more precise drug delivery for brain cancer
[2] Surface chemistry governs cellular tropism of nanoparticles in the brain
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