蘇州納米所張智軍研究員等ACS Nano:活性氧響應(yīng)的Janus納米粒子用于肺纖維化治療中的藥物遞送及干細(xì)胞長時程CT示蹤研究
特發(fā)性肺纖維化(IPF)是一種常見的慢性進(jìn)行性肺間質(zhì)疾病,致死率高,目前臨床上缺乏有效的治療手段。最近研究表明,通過間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)的體內(nèi)移植可以有效改善IPF的治療效果。然而IPF肺部炎癥、纖維化及高濃度活性氧(ROS)等惡劣的微環(huán)境造成移植MSCs存活率低、功能差,且MSCs治療IPF的作用機(jī)理尚不清楚,這些都極大地限制了其臨床應(yīng)用。
針對上述問題,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張智軍研究員等研制了一系列功能化納米材料用于干細(xì)胞CT成像示蹤及藥物遞送,改善干細(xì)胞對IPF的治療效果(Chem. Eng. J. 2023, 459, 141603; Biomaterials, 2022, 288, 121731; Nanomed: NBM, 2022, 41,102517)。在此基礎(chǔ)上,最近研究人員設(shè)計、構(gòu)建了一種多孔二氧化硅包覆的核殼型Janus(“兩面神”)金基納米粒子,其表面一半修飾疏水性磷脂,另一半修飾親水性活性氧(ROS)響應(yīng)型聚乙二醇(PEG)。這種不對稱修飾的Janus納米粒子能夠粘附在細(xì)胞膜表面,而不被內(nèi)吞入胞內(nèi),同時可以有效負(fù)載肺纖維化治療藥物吡非尼酮(PFD)。這種載藥的Janus納米粒子標(biāo)記在干細(xì)胞表面,當(dāng)其移植到IPF小鼠肺部后,藥物在疾病部位ROS刺激下緩慢釋放。當(dāng)藥物釋放后,該納米粒子能夠快速被細(xì)胞內(nèi)吞,從而實現(xiàn)對移植干細(xì)胞的長時程CT活體示蹤(圖 1)。
Janus-PFD納米粒子標(biāo)記的MSCs移植到IPF小鼠肺部后,研究人員利用CT成像技術(shù)實現(xiàn)了對體內(nèi)移植干細(xì)胞的位置、分布、遷移等行為長達(dá)60天的實時可視化追蹤(圖2)。組織病理切片結(jié)果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),負(fù)載PFD藥物的納米粒子標(biāo)記的干細(xì)胞對IPF的治療效果明顯優(yōu)于干細(xì)胞單獨治療組,揭示了IPF治療過程中藥物與干細(xì)胞的協(xié)同作用(圖3)。
綜上,研究人員設(shè)計、構(gòu)建了一種新型Janus納米粒子,同時實現(xiàn)了移植干細(xì)胞的長時程CT成像示蹤、ROS響應(yīng)的藥物釋放以及干細(xì)胞和藥物協(xié)同增強(qiáng)的IPF治療。相關(guān)成果近期以ROS-Responsive Janus Au/Mesoporous Silica Core/Shell
圖1.Janus-PFD納米粒子的合成及其用于移植干細(xì)胞CT成像示蹤結(jié)合活性氧響應(yīng)性藥物釋放協(xié)同治療IPF示意圖
圖2.(A)移植后不同時間Janus-PFD標(biāo)記MSCs的體內(nèi)micro-CT圖像,軸向切面(第1行)和相應(yīng)的冠狀切面(第2行),(B)移植MSCs在不同時間的三維重建圖,(C)移植后28 d標(biāo)記MSCs的三維重建圖(黃色為肺部,紅色為移植的MSCs),(D)移植MSCs在不同時間點的CT信號體積和(E)CT平均值
圖3.移植后28 d各組(Control、BLM誘導(dǎo)IPF模型組、Janus標(biāo)記干細(xì)胞治療組、Janus-PFD標(biāo)記干細(xì)胞治療組)小鼠肺組織的(A)H&E和(B)Masson染色及其梯度圖,各組小鼠(C)肺組織間質(zhì)和(D)膠原面積比例定量
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