使用柔性微粒作为药物载体将纳米颗粒穿梭到血管壁

靶向血管内皮的药物载体必须粘附在内皮血管壁上才能达到临床稳定性。颗粒大小是规定生物血流和实验室中进行的颗粒边缘的关键物理特性。虽然微粒最适合边缘化，但纳米粒子更适合细胞内递送。在现在关于Science Advances的新报告中，安娜堡密歇根大学的 Margaret B. Fish 和化学工程、药理学、心血管医学和工程研究团队测试了柔性水凝胶颗粒作为载体将纳米颗粒运输到患病血管墙。基于微粒模量，纳米粒子负载与自由注射的纳米颗粒相比，基于聚(乙二醇)的水凝胶微粒可将超过 50 纳米的纳米颗粒递送到血管壁，以实现超过 3000% 的递送增加。该工作显示了优化微粒的效率边缘以增强纳米载体向血管壁的运输的好处。

设计药物载体

靶向血管壁的药物载体通常由聚合物颗粒制成，经过工程设计以粘附在疾病部位并通过血管壁上的标记物积聚以进行局部药物递送。药物载体的物理性质可以决定循环时间、生物分布、血管粘附和免疫相互作用。有效的血管壁粘附对于将药物有效载荷准确释放到患病的内皮组织至关重要。尽管纳米颗粒(直径为 20 至 80 nm)是一种有吸引力的候选药物载体，但只有不到 1 % 能到达预定位点。相比之下，直径为 2 至 3 微米的微粒似乎是最佳的药物载体. 鱼等。因此，我们研究了将纳米颗粒加载到血管靶向的柔性微粒中以克服游离纳米颗粒现有限制的可能性。使用载有纳米颗粒的水凝胶微粒，该团队展示了纳米颗粒相对有效地输送到血管壁的效果。这一结果为增加纳米颗粒药物载体在治疗常见疾病中的临床应用提供了一条途径。

科学家们首先将聚合物纳米颗粒作为货物安装在水凝胶微粒载体上。为了实现这一点，他们选择了聚苯乙烯(PS) NP，因为它们具有均匀的尺寸分布和不同 MP 配方中 NP 负载的一致性。然后，该团队测试了颗粒粘附参数，以了解弹性模量约为 2 GPa 的刚性聚苯乙烯纳米颗粒如何影响水凝胶的体积模量。为此，他们将 50 nm 聚苯乙烯 NPs 加载到硬微粒中，并注意到体积剪切模量没有显着增加，并且具有相当大的柔韧性。然后，Fish 等人。测试了负载 NP 的水凝胶微粒结合活化的能力人类脐静脉内皮细胞 (HUVEC) 单层在实验室平行板流动室中的人类血流过程中。使用测试分析，他们量化了输送到血管壁的纳米颗粒和微粒的数量。该团队进一步研究了在读板器上相对于游离NP的负载水凝胶MP。结果表明，具有较高 NP 负载的药物载体如何将显着更高的 NP 有效载荷传送到壁上。基于不同药物载体原型的构成，Fish 等人。注意到 50% 的聚乙二醇 (PEG) 构成的微粒提供了最多的纳米颗粒。与单独的游离 NPs 相比，水凝胶微粒递送在数量上实现了到达血管壁的纳米颗粒数量增加了 1550%。

纳米颗粒 (NP) 血管壁结合动力学

基于几个控制实验，Fish 等人。接下来证实了通过 MPs 与游离 NPs 递送至血管壁的 NPs 之间的差异，不仅仅依赖于游离 NPs 与血细胞结合或被血白细胞吞噬。为了实现这一目标，他们对流式分析后收集的血液样本进行了流式细胞术实验，发现被 NPs 结合的白细胞数量微不足道。除此之外，当他们在实验室的静态血液设置中培养游离 NPs 时，在静态分析中只有极少量的血细胞与 NPs 结合。因此，该团队认为低 NP 粘附是由于未能与血管壁结合，而不是由于它们通过吞噬作用清除，也不是由于它们与血细胞的非特异性结合。然后，他们进行了临床测试，以比较载有 NP 的 MP 与游离的 50 nm NP 在小鼠肠系膜静脉中的粘附。他们选择了急性炎症的肠系膜，使用活体显微镜观察颗粒粘附。与游离 NPs 相比，水凝胶 MPs 在将 50 nm 聚苯乙烯纳米颗粒输送到生物模型中发炎的肠系膜方面的效率要高得多，而与加载的游离 NPs 的数量无关。

颗粒的持续粘附及时。

虽然与微米尺寸的颗粒相比，纳米颗粒可以保持更长的循环时间，但据推测，随着时间的推移，50 nm聚苯乙烯颗粒的性能将优于 MPs。为了理解这一点，该团队通过直接调查和比较三种柔性颗粒类型与 50 nm 聚苯乙烯颗粒来评估目标颗粒结合持续时间。然后他们每五分钟在肠系膜静脉的五个不同位置捕获颗粒粘附一小时。在长达一小时的框架内，水凝胶 NPs 在目标粘附效率方面没有达到或超过水凝胶 MPs。该团队接下来研究了具有急性肺损伤模型的更长靶向窗口，并注意到体内水凝胶 MPs 的靶向柔性粘附的延长存在。

通过这种方式，Margaret B. Fish 及其同事展示了将纳米颗粒(NPs)加载到水凝胶微粒 (MPs) 中如何对改善适用于靶向药物递送的各种临床情况的较小 NPs 的递送产生极好的影响。由于其高度可调的灵活性，该团队可以设计水凝胶载体，以确保通过血管系统轻松运输，而结合时血管闭塞的风险低，就像天然白细胞一样. 在所有实验中，与游离 NPs 相比，软水凝胶 MPs 提供了显着更强和持续的粘附力。这项工作证明了通过将 NPs 加载到水凝胶中的策略将 NPs 运输到血管壁的巨大优势，并且可以针对再生医学和生物工程的临床应用优化结果。

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