上海药物所张馨欣甘勇ACSNano仿

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仿生细胞膜修饰纳米颗粒作为新一代基于粒子的治疗手段,可赋予纳米颗粒表面抗原变异和生物功能,其应用日益广泛。一般来说,这些仿生纳米颗粒是通过将从红细胞(RBC)、血小板、癌细胞、间充质干细胞和白细胞等分离出来的细胞膜包裹在聚合物或金属纳米颗粒上,形成核/壳结构来实现的。尽管进展迅速,但这些纳米颗粒大多数并没有表现出相对应细胞的物理特性。

天然红细胞的变形能力是维持其输送功能的重要因素,但这一能力也会在衰老过程中会发生显著变化,受此启发,中科院上海药物所张馨欣研究员、甘勇研究员等人设计了仿生细胞膜伪装纳米载体,以模拟不同生命阶段红细胞物理性质的演变,并研究变形性对生理条件下红细胞衍生纳米载体运输的影响。研究构建了由红细胞膜和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶纳米颗粒组成的人工纳米级红细胞模拟系统,可模拟患病、动态和老化的红细胞。研究表明,模拟天然动态红细胞的红细胞膜包裹弹性PEGDA纳米粒(RBCENPs),可显示出优越的逃避免疫系统和穿过肿瘤狭窄组织细胞外空间的能力。此外,该红细胞衍生纳米载体可用于理解可变形性在循环、分布和肿瘤穿透中的作用,并有助于有助于实现纳米载体的仿生性能。相关工作以“CellMembrane-CamouflagedNanocarrierswithBiomimeticDeformabilityofErythrocytesforUltralongCirculationandEnhancedCancerTherapy”为题发表在ACSNano。

一、仿生设计先前的研究表明,在其生命周期内,红细胞硬度会随着阶段的变化而变化。其中,天然红细胞的杨氏模量比患病红细胞高3.9倍,比老化红细胞低2.7倍。因此,为了制造RBC仿生纳米载体,一方面,通过超声处理方法制备软RBC膜衍生纳米囊泡(RBCSNV),并填充水以模拟失去功能蛋白质(如血红蛋白)的患病红细胞。另一方面,将具有不同交联度的PEGDA水凝胶核包被RBC膜,以获得弹性和硬核壳纳米颗粒(交联度为10%的弹性RBCENP和交联度为40%的硬RBCHNP),可模拟具有生命活力和衰老状态下的红细胞(图1)。图1RBC衍生纳米载体的仿生设计二、仿生性能进一步研究纳米载体变形性对其生物学行为的影响发现,RBCENPs免疫相容性高,表面蛋白冠中的免疫球蛋白吸附量最小,导致巨噬细胞吞噬作用减少,纳米载体的循环时间也得到了显著增长。此外,RBCENPs可以像RBC一样变形,并在肿瘤细胞外基质中实现良好的扩散,从而改善多细胞球体穿透和肿瘤组织积聚(图2)。在小鼠肿瘤模型中,与一线化疗药物聚乙二醇化阿霉素脂质体相比,阿霉素负载的RBCENPs显示出优越的抗肿瘤效果。因此,该工作强调了调整细胞膜衍生纳米载体的物理性质有望为未来纳米药物的仿生设计提供新的思路。图2纳米载体仿生设计可展现超长的循环能力和肿瘤组织狭窄胞外空间穿透能力

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