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  近日，《自然-通訊》雜志以“Rapid transport of deformation-tuned nanoparticles across biological hydrogels and cellular barriers”為題，在線報道了中科院上海藥物所和國家納米科學(xué)中心合作的最新研究成果。

  前期，中國科學(xué)院上海藥物研究所甘勇研究員和國家納米中心施興華研究員團(tuán)隊結(jié)合分子動力學(xué)模擬和超分辨率顯微鏡技術(shù)，發(fā)現(xiàn)棒狀粒子特有的“旋轉(zhuǎn)-跳躍”運動方式能促進(jìn)其在網(wǎng)格狀黏蛋白液體內(nèi)的擴(kuò)散速度，可有效提高遞藥效率，并提出了一個考慮顆粒黏附效應(yīng)的障礙-擴(kuò)散理論模型。相關(guān)成果陸續(xù)發(fā)表于Nano Letters 16, 7176-7182 (2016)；固體力學(xué)旗艦期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids 112: 431-457 (2018)。同時，雙方又發(fā)現(xiàn)制約納米載體口服遞藥和腫瘤遞藥的共性生理因素：具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物凝膠（如黏液和腫瘤細(xì)胞間質(zhì)）在藥物載體抵達(dá)靶細(xì)胞前扮演了重要的阻滯作用，且單一調(diào)節(jié)載體的尺度、表面性質(zhì)等往往不能夠有效地克服遞藥過程中的多重生理屏障。

  啟發(fā)于腫瘤細(xì)胞較正常細(xì)胞具有更低的楊氏模量（剛度），加速腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散，科研人員考察不同剛?cè)嵝约{米藥物載體在克服胞內(nèi)外多重屏障的能力。采用微流控技術(shù)，設(shè)計制備了以磷脂膜為殼、聚丙交酯乙交酯共聚物（PLGA）為核的納米顆粒載體。通過調(diào)節(jié)載體的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)剛度適中的載體在生物凝膠中具有最高的擴(kuò)散系數(shù)，且比不含PLGA內(nèi)核的脂質(zhì)體擴(kuò)散系數(shù)提高10倍，進(jìn)而擁有最優(yōu)的細(xì)胞攝取量和藥物遞送能力。相關(guān)高效遞藥效果也在生物體內(nèi)獲得了驗證。隨后，結(jié)合高分辨顯微鏡觀測和分子模擬技術(shù)，研究者對藥物載體的力學(xué)性能調(diào)節(jié)其在生物凝膠屏障中擴(kuò)散的力學(xué)機制進(jìn)行了解析，即顆粒越軟，易于變形，則載體與黏蛋白組織產(chǎn)生更強吸附影響其擴(kuò)散；而過硬的顆粒不易變形，則容易陷入黏蛋白網(wǎng)絡(luò)，也難以實現(xiàn)高效擴(kuò)散。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)剛度適中的顆粒具有適宜的變形能力，易于穿越生物凝膠、細(xì)胞膜等多重屏障，具有最優(yōu)的遞藥能力。這些發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家們利用物理屬性（如形狀、力學(xué)性能等）設(shè)計高效的藥物載體。

Snapshots and trajectories of NPs in mucus fibers.

  該研究工作是在上海藥物所甘勇研究員和國家納米科學(xué)中心施興華研究員的指導(dǎo)下，分別由雙方所在課題組的俞淼榮博士、徐璐副教授（沈陽藥科大學(xué)）和田發(fā)林博士等人協(xié)作完成。研究工作同時得到了布朗大學(xué)高華健教授（美國工程院、科學(xué)院院士，中國科學(xué)院外籍院士）的指導(dǎo)建議。該研究得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的資助。來自上海交通大學(xué)和國家蛋白質(zhì)中心的研究人員以多種方式提供了支持和幫助。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-05061-3