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Nano Letters杂志快报---OpenSPR分子互作助力口服型肺炎纳米靶向药物研究

      目前,侵袭性真菌病的发病率迅速上升,对人类健康构成巨大挑战,尤其是在发展中国家。新型隐球菌引起百万例致死性隐球菌肺炎和或中枢神经系统隐球菌病,导致全世界700000人死亡,并且目前缺乏有效的治疗方法,因此迫切需要不断开发新的抗真菌药物及继续探索开发用于药物递送的有效方法或载体,从而提供增强的治疗功效、减少副作用和毒性作用、提高依从性以及实现简单而有效的治疗。


      纳米药物是以纳米粒(nanoparticale,NP) 等纳米微粒作为载体系统,与药效粒子以一定的方式结合在一起后制成的药物, 其易进入毛细管,在血液循坏系统自由流动,还可穿过细胞,被组织与细胞以胞饮的方式吸收并且经特殊加工后可制成靶向定位系统,降低药物剂量并减轻副作用,消除特殊生物屏障对药物的限制等而备受关注。

       常规的靶向治疗大多通过静脉注射进行治疗,但是实际上口服给药是最优选的给药方法,其具有方便患者,提高依从性且生产及保存成本低 等优势。但现有口服药存在很多困扰:如药物分子的物理/化学特性差、受严格的胃肠道的生理屏障等限制。为了解决这些问题,功能性生物材料作为配方成分,发挥了越来越重要的作用。


      西南大学药物学院的李老师了解到壳聚糖是一种主要由甲壳类动物产生的天然多糖,可用作载体材料,防止由于胃肠道的低pH和酶引起的药物失活和降解,更重要的是,可作为渗透促进剂调节肠屏障。 并具有一种特殊的特征,它能够瞬时打开上皮细胞之间的紧密连接,同时主要限制在粘膜表面以用于随后的消除,从而为有效的口服药物递送提供了非常有前途的材料。

      就全球面临的此问题,西南大学药物学院的重庆市高校巴渝学者特聘教授李翀老师课题组 ,借助Nicoya OpenSPR分子互作的LSPR技术构建和评价了一种有效的以真菌为靶点的口服型抗隐球菌肺炎药物递送系统,并于2018年9月27日在Nano Letters(IF12.08)上发表文章《Nanoparticles Targeted Against Cryptococcal Pneumonia by Interactions Between Chitosan and Its Peptide Ligand》.




文章概述

在本研究中,老师通过将经噬菌体展示筛选的壳聚糖结合肽(CP)结合到聚乳酸-乙醇酸(PLGA)纳米部分的表面,用于构建一种有效的以真菌为靶点的抗隐球菌肺炎药物递送系统 (CP NPs)。

先假设如果CP-NPs与游离壳聚糖体外预孵育,形成的壳聚糖结合纳米粒(C-CP-NPs)将通过口服途径进行两步靶向过程:(i)非共价结合的壳聚糖将显著增强NP的渗透性。通过口腔吸收屏障,(ii)结合的壳聚糖主要粘附在粘膜层,CP-NPs进入循环,在感染部位逐步积累。



实验设计

针对通过随机肽库筛选得到的12肽段(ADGVGDAESRTR),先用Nicoya 公司的OpenSPR 独有的LSPR技术测定了CP与壳聚糖的结合亲和力;以混和肽作为阴性对照(S1),快速动力学参数分析发现CP是壳聚糖很强的特异配体,结合常数为5.27×10-8M(KD)(Figure1A)。获得的数据为下步实验设计开启了重要的第一步,同时通过分子动力学模拟进一步的研究表明,肽有利于与壳聚糖的相互作用。

      之后在细胞水平评估了肽对真菌的靶向能力,荧光成像显示,C型隐球菌中FITC标记的CP处理组荧光明显高于混合肽处理的荧光,并且用游离壳聚糖预孵育可以完全抑制CP与真菌的结合,表明该CP作为靶向配体对新型C型隐球菌起作用。

      然后再将CP偶联到带有ITZ药物的NP纳米载体上,构建成CP-NPs 及C-CP-NPs (与壳聚糖孵育),之后看Dil标记的NPs对真菌的靶向性,NPs与感染了表达GFP的C隐球菌的raw264.7巨噬细胞孵育,荧光成像发现,CP-NPs与DiI 信号重叠性很好,证实隐球菌链表面的超级壳聚糖与肽改造的NPs存在很强的相互作用,这种相互作用可以赋予复杂环境下药物传递系统的靶向性。

      接着对比了C-NPs 及C-CP-NPs与NPs 及CP-NPs的细胞渗透效果,发现C-NPs 及C-CP-NPs可以穿过粘液层而NPs 及CP-NPs则停留在细胞表面,并且在肠道中也有很好的渗透效果,并且FERT 实验显示C-CP-NPs能在穿过肠道屏障进入循环系统后仍能维持结构的完整性。

       进一步对感染C型隐球菌的动物模型,分别注射C-NPS和口服C-CP-NPS,定量影像分析发现,口服C-CP-NPS的小鼠肺部积累了大量ITZ药物,而注射C-NPs的小鼠肺部ITZ药物积累量相对比较少,因此,该结果证明口服C-CP-NPS不但能解决吸收阻碍的问题,还能很好的靶向真菌,并且MSI 成像发现,服用C-CP-NPS肺部感染后没有出现结节,肺部恢复很好,而未处理的小鼠肺部出现大量免疫细胞,肺泡间质增厚,从而突出了壳聚糖及其多肽配体在口服药物治疗中的必要性。



总结

本研究首先利用Nicoya  OpenSPR 创新LSPR 技术,其操作简单,结果准确,检测不受缓冲液折率及温度变化影响,出结果速度快的特点,快速获得了CP与壳聚糖糖结合的动力学数据,从而确定了CP是壳聚糖很强的特异配体,为后面的实验设计提供必不可少的第一手数据,之后将CP与到ITZ药物纳米载体NP偶联,看其对真菌的靶向性效果,通过一系列的细胞及动物实验,确定了壳聚糖及其多肽配体在真菌药物靶向性的高效及必要性,从而为开发口服型靶向抗病原体药物提供了一个非常有前景的策略,将挽救更多人类!

Nicoya OpenSPR在纳米靶向药物研究中的优势:

• 多参数检测---完整动力学参数,Ka,kd,KD

• 操作简单---1小时即可掌控

• 实时无标记---节省时间和金钱

• 低背景干扰---检测不受温度、缓冲液折射率影响

• 低维护成本---无后顾之忧

• 无需专门的校正通道---可忽略的bulk效应