红细胞膜仿生纳米载体的硬度影响其体循环和细胞摄取的研究

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纳米载药系统因可具备体内长循环效应及肿瘤靶向能力,被越来越多地应用于肿瘤的治疗。脂质体通过PEG修饰后,能显著降低巨噬细胞的吞噬,并通过渗透滞留增强效应(Enhanced Permeability and Retention effect,EPR)蓄积到肿瘤部位。然而,由于加速血液清除现象(Accelerate Blood Clearance phenomenon,ABC phenomenon)的存在,多次注射PEG修饰的脂质体后,免疫系统会激活并清除脂质体,导致脂质体抗肿瘤效果显著降低。红细胞膜仿生纳米载体是将纯化的红细胞膜作为外壳修饰在无机或有机纳米粒核心表面,使该核壳纳米载体能显著减少网状内皮系统的识别,避免ABC效应,延长载体的循环时间。健康红细胞具有优异的弹性,使其能自由穿梭于狭窄的毛细血管。然而红细胞衰老后,细胞骨架组成发生改变,细胞质增厚胞体变硬,易被体内免疫球蛋白识别,从而激活网状内皮系统并被清除。基于红细胞在衰老过程中硬度的变化,从而推测,硬度也是影响红细胞膜纳米载体的体内行为的关键因素。为了验证这一推测,本研究通过分离红细胞膜,分别构建模拟病态红细胞、健康红细胞和衰老红细胞硬度的红细胞膜纳米载体,这三种载体分别为柔性的红细胞膜纳米囊泡(RBC-SNVs),弹性的红细胞膜壳核纳米粒(RBC-ENPs),以及刚性的红细胞膜壳核纳米粒(RBC-HNPs)。并研究它们对药物体内递送行为的影响。红细胞膜纳米载体的表征结果显示,三种载体的粒径均在170 nm左右,分散性良好。在透射电镜下可以观测到RBC-SNVs呈囊泡结构,而RBC-ENPs与RBC-HNPs呈核壳特征。SDS-PAGE与Western Blot实验验证了红细胞膜纳米载体良好继承了红细胞的表面膜蛋白。通过Dot Blot实验验证了红细胞膜的组装和包覆与天然红细胞膜的方向一致。根据原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)扫描结果计算各组红细胞纳米载体的硬度值,发现RBC-ENPs与天然健康红细胞具有更相近的硬度,均为10 N/m左右。各组红细胞膜纳米载体具有良好的体外稳定性与生物安全性。体内药动学实验和体内分布实验的结果证实,RBC-ENPs分布在主要的网状内皮系统肝脏中的荧光强度比RBC-SNVs和RBC-HNPs各降低39.4%和58.6%,同时在Kupffer细胞中摄取的荧光量各减少22.5%和29.3%,具有更长的体内循环时间和消除半衰期。此外,从蛋白冠的角度对红细胞膜纳米载体及PEG长循环脂质体在体内循环中产生差异的机制进行了研究。通过LC-MS/MS实验分析蛋白吸附种类和数量,结果表明红细胞膜纳米载体和PEG长循环脂质体均会吸附多种血浆蛋白,但血浆蛋白吸附量有明显差异,RBC-ENPs对血浆蛋白吸附的总量相比RBC-SNVs和RBC-HNPs分别降低26.9%和36.2%,对免疫球蛋白IgG和IgM的吸附也有明显降低,说明其可以有效避免巨噬细胞的识别与吞噬,从而达到更好的长循环效果。红细胞膜纳米载体包载阿霉素(Dox)后,在乳腺癌肿瘤细胞上进行细胞摄取实验,结果显示,Dox@RBC-SNVs、Dox@RBC-ENPs和Dox@RBC-HNPs在肿瘤细胞摄取中无明显差异,但均比Dox@PEG-Lipo有显著增加。使用4T1荷瘤小鼠进行制剂的体内分布实验,实验结果显示,RBC-ENPs在肿瘤部位的荧光值较RBC-SNVs和RBC-HNPs显著提高了51.8%和93.7%,表明RBC-ENPs能显著降低体内免疫激活能力而使其在体内循环时间延长,并通过EPR效应显著增加肿瘤部位的累积。MTT实验结果表明,IC50值也各降低了86.3%、87.9%和84.2%,说明了在没有血浆蛋白吸附的情况下,红细胞膜纳米载体由于增加了4T1肿瘤细胞摄取而显著增加了体外抗肿瘤效果。抗肿瘤实验显示,Dox@RBC-ENPs肿瘤抑制率达到89.5%,同时增加了小鼠的生存率,而且对动物的脏器并没有可见的毒副作用。综上所述,红细胞膜纳米载体RBC-ENPs从载体表面组成和硬度的物理性质两方面更好的模拟了天然状态的健康红细胞,并且能在体内具有最好的长循环效果,显著降低巨噬细胞激活和识别,在动物体内抗肿瘤实验中也拥有良好的肿瘤抑制效果,甚至优于一线抗肿瘤纳米药物Doxil。本研究通过对基于新型仿生递送载体的设计,解决了纳米载体普遍存在的递送效率低以及药效发挥不如预期的问题。为新一代仿生递送载体的设计及制备提供了新的思路和方法,并为抗肿瘤药物纳米载体用于乳腺癌治疗的临床转化奠定了研究基础。
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