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東華大學(xué)史向陽教授團(tuán)隊(duì) JCIS:電噴霧制備核殼微球共遞送纖連蛋白與白藜蘆醇協(xié)同治療急性肺損傷
2025-02-04  來源:高分子科技

  急性肺損傷(ALI)通常以呼吸窘迫、低氧血癥和炎癥的快速發(fā)作為特征,常由創(chuàng)傷、感染或全身性疾病引發(fā)。傳統(tǒng)治療方法主要依賴支持性護(hù)理如機(jī)械通氣和氧療,但這些方法存在局限性且無法精準(zhǔn)作用于損傷部位。盡管藥物治療仍是ALI治療的核心手段,但其臨床應(yīng)用常因副作用而受限。多酚類化合物因其抗氧化和抗炎特性備受關(guān)注,但其臨床應(yīng)用面臨重大挑戰(zhàn),主要源于生物利用度低諸如口服吸收差、在胃腸道和肝臟中代謝迅速,導(dǎo)致體內(nèi)有效濃度降低。此外,環(huán)境因素(如pH值、溫度和酶解作用)易破壞多酚的穩(wěn)定性,進(jìn)一步削弱其療效。高劑量多酚還可能引發(fā)肝毒性、腎毒性或與其他藥物產(chǎn)生不良反應(yīng)。因此,設(shè)計(jì)合適的靶向載體以改善多酚類藥物的生物利用度與穩(wěn)定性,對(duì)最大化其在ALI治療中的潛力至關(guān)重要。


  為突破上述限制,納米載藥系統(tǒng)的開發(fā)成為研究焦點(diǎn)。傳統(tǒng)微球制備技術(shù)(如溶劑揮發(fā)法、乳液聚合法)存在工藝缺陷溶劑殘留、粒徑不均、載藥效率低及突釋效應(yīng)明顯。相比之下,電噴霧技術(shù)憑借精準(zhǔn)電場調(diào)控可制備粒徑均一、結(jié)構(gòu)可控的載藥微球,其低溫加工特性尤其適用于熱敏感藥物;谕S電技術(shù)構(gòu)建的核殼微球,不僅能通過孔隙率調(diào)控實(shí)現(xiàn)長達(dá)數(shù)周的緩釋,還可利用表面功能化修飾(如纖連蛋白涂層)賦予病灶靶向能力,顯著提升肺部藥物蓄積效率。


  近年來,針對(duì)ALI中巨噬細(xì)胞極化失衡的關(guān)鍵機(jī)制,研究揭示生物活性蛋白(如纖連蛋白FN)可通過整合素信號(hào)通路驅(qū)動(dòng)M2型抗炎表型轉(zhuǎn)化,與多酚類藥物的抗氧化作用形成互補(bǔ)。這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)多功能納米載體提供了重要啟示:通過空間分隔負(fù)載不同活性成分(即核殼結(jié)構(gòu)),這種載藥方式既可避免分子間相互作用導(dǎo)致的失活,又能實(shí)現(xiàn)病灶部位的程序化釋放。此外,有效調(diào)控以TNF-αIL-1β、IL-6等促炎細(xì)胞因子過度分泌為特征的"細(xì)胞因子風(fēng)暴",是炎癥性疾病治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些細(xì)胞因子的過量產(chǎn)生會(huì)加劇炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),可能導(dǎo)致多器官損傷或死亡。


  基于此,東華大學(xué)史向陽教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于同軸電技術(shù)的核殼結(jié)構(gòu)微球遞藥系統(tǒng)(1)。該系統(tǒng)創(chuàng)新性地將白藜蘆醇(Res)、纖連蛋白(FN)與聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)相結(jié)合,內(nèi)核采用負(fù)載Res的聚己內(nèi)酯-聚乙二醇嵌段共聚物PCL-PEG膠束實(shí)現(xiàn)藥物高效包封,外殼通過PLGA材料構(gòu)建保護(hù)層并修飾FN賦予靶向功能。所制備的RPG@FN微球具有均勻的粒徑分布和穩(wěn)定的藥物緩釋特性,能夠通過清除活性氧(ROS)和促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2極化雙重機(jī)制,協(xié)同恢復(fù)線粒體穩(wěn)態(tài)并阻斷炎癥信號(hào)通路。這種多級(jí)遞送系統(tǒng)有效降低了肺部炎癥因子水平,顯著改善肺損傷的修復(fù),為ALI提供了精準(zhǔn)靶向、長效緩釋與多機(jī)制協(xié)同的綜合治療方案。


1、RPG@FN微球的制備及其在ALI中的治療機(jī)制示意圖。


  通過熒光探針芘的發(fā)射強(qiáng)度比變化分析,確定PCL-PEG共聚物的臨界膠束濃度(CMC)為5.62 μM(圖2A。游離Res因疏水性自發(fā)聚集形成納米顆粒,經(jīng)PCL-PEG膠束包載后粒徑顯著增大;進(jìn)一步封裝于PLGA核殼結(jié)構(gòu)并經(jīng)牛血清白蛋白(BSA)或FN修飾后,微球尺寸因結(jié)構(gòu)擴(kuò)展與表面多分散性增強(qiáng)呈階梯式增長(圖2B。蛋白質(zhì)涂層通過引入負(fù)電荷使微球表面電位顯著降低,印證了功能化修飾的有效性(圖2C。制備的RPG@FN微球的形貌為均勻分散的球形結(jié)構(gòu),尺寸大小分別為1.60 ± 0.12 μm (圖2D-E)。此外,SDS-PAGE圖譜進(jìn)一步證明了FNBSARPG@FNRPG@BSA復(fù)合物中的成功保留 (2F)。所制備的RPG@FN在不同液體介質(zhì)下具有尺寸穩(wěn)定性(圖2G,展示了藥物累計(jì)釋放以及可降解行為(圖2H-I)。


2、A)以芘為熒光探針測定的PCL-PEG膠束臨界膠束濃度(CMC)。(B)游離ResPCL-PEG/Res、RPG、RPG@BSARPG@FN的流體力學(xué)尺寸和(CZeta電位。(DRPG@FN的掃描電鏡(SEM)圖像及(E)粒徑分布直方圖。(FFNRPG@FN、BSA、RPG@BSARPGSDS-PAGE蛋白分析。(GRPG@FN分散于水、PBS或含10%胎牛血清(FBS)的RPMI-1640培養(yǎng)基中不同時(shí)間段的流體力學(xué)尺寸變化。(HRPG、RPG@BSARPG@FNPBS中的Res累積釋放曲線。(IRPGRPG@BSARPG@FN37 °C PBS中持續(xù)8周的體外降解曲線。圖(B)、(C)及(G-I)中實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次(n=3),"ns"表示無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。


  研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)RPG@FN具有較好的細(xì)胞相容性(圖3A。RPG@FN-Cy5.5微球通過FNRGD序列特異性靶向MH-S細(xì)胞表面α4β1整合素(圖3B-D),其細(xì)胞攝取效率較游離FN顯著提升。由于ResFN的協(xié)同抗氧化以及FN靶向炎癥細(xì)胞的作用,流式細(xì)胞術(shù)和共聚焦顯微鏡結(jié)果共同顯示了RPG@FN治療組具有優(yōu)異的ROS清除效果(圖3E-G),可通過恢復(fù)線粒體膜電位(MMP)顯著逆轉(zhuǎn)LPS誘導(dǎo)的線粒體損傷。


3 A)不同濃度Res、PCL-PEG/ResRPG@FN處理MH-S細(xì)胞24小時(shí)的活力n = 6)。(BPBS、FNRPG@FN處理MH-S細(xì)胞12小時(shí)后的熒光強(qiáng)度及(C)定量分析(n = 3)。(DRGD預(yù)封閉處理對(duì)RPG@FN靶向MH-S細(xì)胞的熒光強(qiáng)度影響定量分析(n = 3);C-D圖中FN經(jīng)Cy5.5標(biāo)記。(E)不同材料處理12小時(shí)后,DCFH-DA探針檢測MH-S細(xì)胞活性氧(ROS)的熒光強(qiáng)度及(F)定量分析(n = 3)。(GLPS激活的MH-S細(xì)胞與Res、FN、RPG@BSARPG@FN共孵育6小時(shí),DCFH-DA染色后的共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像(標(biāo)尺:40 μm)。(HJC-1熒光探針檢測不同材料處理下MH-S細(xì)胞線粒體膜電位(MMP)的流式細(xì)胞術(shù)分析。C-DF圖中***表示p < 0.001


  研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)RPG@FN微球通過協(xié)同遞送ResFN,顯著促進(jìn)巨噬細(xì)胞由促炎M1表型(CD86+細(xì)胞占比降至6.86%)向抗炎M2表型極化(CD206+細(xì)胞占比提升至29.5%)(圖3A-C)。該體系可同步抑制促炎因子TNF-αIL-6IL-1β分泌(降幅達(dá)80%以上),并上調(diào)抗炎因子IL-10水平(提升3.5倍)(圖3D-G),同時(shí)降低炎癥介質(zhì)NO生成(圖3H)。WB實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了RPG@FN阻斷NF-κBPI3K/Akt信號(hào)通路(磷酸化水平下調(diào)>70%)(圖3I)。


4、A)不同處理組MH-S細(xì)胞CD86CD206表達(dá)水平的流式細(xì)胞術(shù)分析。(BCD206陽性與(CCD86陽性巨噬細(xì)胞比例統(tǒng)計(jì)。(DTNF-α、(EIL-6、(FIL-1β及(GIL-10在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)水平(24小時(shí)處理)。(H)細(xì)胞培養(yǎng)液中一氧化氮(NO)濃度檢測。(I)蛋白質(zhì)印跡(WB)分析不同處理組MH-S細(xì)胞中NF-κB與磷酸化Aktp-Akt)的表達(dá)水平(I組:PBSII組:LPS;III組:Res;IV組:FN;V組:RPG@BSAVI組:RPG@FN)。圖(B-H)中實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次(n = 3),*表示p < 0.05,***表示p < 0.001。


  團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建ALI小鼠模型驗(yàn)證RPG@FN微球的體內(nèi)療效(圖4A)。結(jié)果顯示,RPG@FN組肺濕干重比顯著低于LPS模型組,表明其有效緩解肺水腫(圖4B)。流式分析證實(shí),RPG@FN使肺組織中性粒細(xì)胞浸潤比例從LPS組的70.4%降至35.4%(圖4C-D),提示其通過抑制炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)減少中性粒細(xì)胞募集。此外,RPG@FN顯著降低支氣管肺泡灌洗液(BALF)中促炎因子TNF-α、IL-6IL-1β水平(降幅>60%),并提升抗炎因子IL-10表達(dá)(較模型組升高3.2倍)(圖4E-H)。這些數(shù)據(jù)表明,RPG@FN微球通過協(xié)同遞送ResFN,調(diào)控促炎/抗炎平衡,抑制“細(xì)胞因子風(fēng)暴”,從而阻斷ALI病理進(jìn)程。


5AALI小鼠體內(nèi)抗炎治療示意圖。(B)不同處理組ALI小鼠肺組織濕干重比。(C)各組小鼠肺組織中性粒細(xì)胞比例。(D)不同處理24小時(shí)后肺組織中性粒細(xì)胞流式細(xì)胞術(shù)點(diǎn)圖。(E-H)支氣管肺泡灌洗液(BALF)中促炎因子(TNF-αIL-6、IL-1β)與抗炎因子(IL-10)水平檢測。圖(B-C)及(E-H)中實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次(n = 3),**表示p < 0.01,***表示p < 0.001。


  免疫熒光分析顯示,RPG@FN組肺組織M2型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物Arg-1熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng),同時(shí)M1型標(biāo)記iNOS信號(hào)降低70%,表明其通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2極化重塑抗炎微環(huán)境(圖5A)。肺組織的ROS冷凍切片染色結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),RPG@FN治療肺組織活性氧水平較LPS模型組顯著下降,而游離ResFN僅表現(xiàn)出有限清除能力(圖5B)。H&E染色顯示,RPG@FN治療使肺泡壁充血與炎癥細(xì)胞浸潤明顯減少,肺損傷評(píng)分接近正常對(duì)照組(圖5C)。Micro-CT三維成像直觀顯示,RPG@FN組肺組織表面光滑、結(jié)構(gòu)完整,與嚴(yán)重?fù)p傷的LPS組形成鮮明對(duì)比(圖5D)。


6、A)通過免疫熒光染色評(píng)估不同處理組ALI小鼠肺組織巨噬細(xì)胞極化狀態(tài)(藍(lán)色:DAPI核染色;綠色:M2型標(biāo)記物Arg-1;紅色:M1型標(biāo)記物iNOS)。(B)各組ALI小鼠肺組織活性氧(ROS)清除效果(標(biāo)尺:100 μm)。(C)肺組織H&E染色切片及(DMicro-CT成像結(jié)果。圖C中紅色與黑色箭頭分別指示肺泡壁充血及炎癥細(xì)胞浸潤區(qū)域(標(biāo)尺:200 μm)。


  簡而言之,本研究采用同軸電技術(shù)開發(fā)了一種核殼結(jié)構(gòu)微球遞藥系統(tǒng)(RPG@FN),用于ALI的高效治療。該系統(tǒng)內(nèi)核由負(fù)載ResPCL-PEG膠束構(gòu)成,外殼為PLGA材料,微球表面經(jīng)FN物理修飾。通過系統(tǒng)表征RPG@FN的粒徑形貌、穩(wěn)定性、藥物釋放及降解性能,證實(shí)其結(jié)構(gòu)完整性。體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該體系在清除ROS、促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化、恢復(fù)線粒體膜電位及調(diào)控炎癥因子等方面的抗炎抗氧化活性。進(jìn)一步通過ALI小鼠模型體內(nèi)實(shí)驗(yàn)評(píng)估其治療效果。RPG@FN微球的優(yōu)勢主要源于以下三點(diǎn):(1)基于電噴技術(shù)構(gòu)建的核殼微球以載藥膠束為內(nèi)核,可實(shí)現(xiàn)肺部長效緩釋;(2)顯著提升ResFN的生物利用度,避免其降解失活;(3FN修飾賦予微球炎癥巨噬細(xì)胞靶向性,通過ROS清除與M2極化雙重機(jī)制,協(xié)同恢復(fù)線粒體穩(wěn)態(tài)并阻斷NF-κB/PI3K-Akt信號(hào)通路。


  以上研究成果以Electrosprayed core-shell microspheres co-deliver fibronectin and resveratrol for combined treatment of acute lung injury”為題,在線發(fā)表于國際著名期刊J. Colloid Interface Sci. (DOI: 10.1016/j.jcis.2025.01.249)。東華大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院史向陽教授、同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第四人民醫(yī)院放射科張貴祥主任和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院心內(nèi)科馬靜主任為共同通訊作者,東華大學(xué)博士生黃一凡為第一作者。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、上海市科委、中國-中東歐國家聯(lián)合教育等項(xiàng)目的資助。


  文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.01.249

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