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山東大學(xué)崔基煒教授 JACS:聚乙二醇納米載體用于抑制加速血液清除和靶向藥物遞送
2022-10-01  來源:高分子科技

  納米藥物表面修飾聚乙二醇(PEG)是提高其膠體穩(wěn)定性和體內(nèi)循環(huán)時(shí)間的有效策略。然而,隨著PEG的廣泛使用(例如基于脂質(zhì)納米粒的mRNA疫苗),會(huì)激活體內(nèi)的免疫反應(yīng)并產(chǎn)生PEG抗體 (anti-PEG IgM和IgG)的產(chǎn)生,進(jìn)而注射含有PEG的納米藥物后會(huì)引起加速血液清除(ABC)現(xiàn)象,進(jìn)而大大降低納米藥物的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間和利用率。近日,山東大學(xué)膠體與界面化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郝京誠教授團(tuán)隊(duì)以金屬有機(jī)框架材料(ZIF-8)為自犧牲模板制備了一種具有“隱形”功能的長循環(huán)PEG納米粒子,不僅可以逃離免疫系統(tǒng)的清除作用并且抑制ABC現(xiàn)象,還可以用于藥物的靶向遞送,有效抑制了腫瘤的生長。


  在該工作中,作者利用ZIF-8作為模板,一步制備了PEG納米粒子。該方法的特點(diǎn)在于去除模板的過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了PEG的可控交聯(lián)。將巰基化的透明質(zhì)酸(HA-SH)作為靶向分子,阿霉素(DOX)作為化療藥物和8-arm-PEG-SH一起封裝進(jìn)ZIF-8納米粒子中,可以得到負(fù)載DOX靶向PEG納米粒子(DOX@PEG-HA NP),制備過程如圖1所示。  


1aDOX@PEG-HA NPs的合成示意圖。(bDOX@PEG-HA NP的靶向遞送用于腫瘤治療的示意圖。


  經(jīng)由小鼠尾靜脈連續(xù)注射兩針(間隔5天)PEG納米粒子、PEG修飾的脂質(zhì)體和PEG修飾的β-葡萄糖酸醛酶,分別在第6天、11天和16天檢測小鼠血液中PEG抗體的含量(圖2a)。與PEG修飾的脂質(zhì)體和PEG修飾的β-葡萄糖酸醛酶相比,PEG納米粒子組均未檢測到PEG抗體的產(chǎn)生(圖2b和圖2c)。通過注射PEG修飾的β-葡萄糖酸醛酶使小鼠體內(nèi)預(yù)先產(chǎn)生高劑量的PEG抗體,然后分別注射PEG修飾的脂質(zhì)體和PEG納米粒子,進(jìn)而研究PEG抗體的存在對(duì)納米載體循環(huán)時(shí)間的影響(圖2d)。相比于PEG修飾的脂質(zhì)體,PEG納米粒子的循環(huán)時(shí)間沒有受到顯著的影響,證明了PEG納米粒子可以有效抑制ABC現(xiàn)象的發(fā)生。其原因是PEG具有極弱的免疫原性,與具有免疫原性的物質(zhì)(例如蛋白質(zhì))結(jié)合時(shí)才會(huì)產(chǎn)生PEG的免疫原性,從而誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。而PEG納米粒子主要由PEG分子本身組成,因此可以較好的保持PEG較弱的免疫原性,從而表現(xiàn)出優(yōu)異的生物防污性。 


2. a)分別在第1天和第6天注射PEG納米粒子、PEG修飾的脂質(zhì)體和PEG修飾的β-葡萄糖酸醛酶后,在不同時(shí)間點(diǎn)檢測PEG抗體水平的實(shí)驗(yàn)示意圖。在不同時(shí)間點(diǎn)(banti-PEG IgM和(canti-PEG IgG的分泌水平。(d)在第1天和第6天注射PEG化的β-葡萄糖酸醛酶后,研究PEG納米粒子和PEG修飾的脂質(zhì)體循環(huán)時(shí)間的過程示意圖。PEG抗體存在的情況下(ePEG修飾的脂質(zhì)體和(fPEG納米粒子的循環(huán)時(shí)間。


  在PEG納米粒子中引入靶向分子HA得到PEG-HA納米粒子,體內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,HA的引入賦予了PEG-HA納米粒子優(yōu)異的靶向效果,與PEG納米粒子相比,PEG-HA納米粒子在小鼠腫瘤部位的富集明顯增多(圖3a)。負(fù)載藥物的DOX@PEG-HA納米粒子在小鼠腫瘤治療實(shí)驗(yàn)中也展現(xiàn)出了顯著的腫瘤抑制效果(圖3b和圖3c)。 


3. aPEG納米粒子和PEG-HA納米粒子在小鼠體內(nèi)的分布。不同治療組(PBSDOXDOX@PEG-HA NPs)中,(b)小鼠腫瘤的體積變化曲線和(c)治療14天后解剖的腫瘤照片。


  相關(guān)成果以Engineering Poly(ethylene glycol) Nanoparticles for Accelerated Blood Clearance Inhibition and Targeted Drug Delivery為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上,山東大學(xué)博士研究生田媛為文章的第一作者,崔基煒教授為通訊作者。


  文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c06877

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