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外泌体载体设计参考:相变温度及刚性调控脂质纳米囊泡的水凝胶快速运输

Vanchy 2019-04-12 11:10:13

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脂质纳米囊泡(lipid nanovesicle)作为运输载体广泛存在于有机体中,可以用作有效的药物递送载体。已知纳米囊泡的大小和表面电荷能够影响它们在粘液等生物水凝胶中的扩散行为。然而,人们仍不清楚包括环境温度和相变温度(Tm)在内的温度效应如何影响载体跨过细胞内外的各种生物屏障进行运输。

在一项新的研究中,来自中国科学院上海药物研究所、中国科学院国家纳米科学中心、中国科学院上海技术物理研究所、南昌大学医学院和北京大学的研究人员利用一系列具有不同Tm的脂质体,作为纳米囊泡的典型模型来研究它们在生物水凝胶中的体外扩散行为。他们观察到当这些脂质体的Tm在环境温度附近时,获得最佳的扩散性,这表明纳米囊泡刚性发生剧烈变化,而且相比于具有更高或更低的Tm的脂质体,具有在体温(即~37°C)附近的Tm的脂质体在分泌粘液的上皮中表现出增强的细胞摄取,并且在糖尿病大鼠模型中表现出显著改善的口服胰岛素递送效果。相关研究结果发表在2019年3月19日的PNAS期刊上,论文标题为“Temperature- and rigidity-mediated rapid transport of lipid nanovesicles in hydrogels”。

分子动力学模拟和超分辨率显微镜揭示了一种温度和刚性介导的快速运输机制:脂质体在生物水凝胶中扩散期间经常在相变温度附近变形成椭圆形。这些发现增强了人们对温度和刚性对诸如内体(endosome)、外泌体(exosome)和argosome之类的纳米囊泡的细胞外和细胞内功能的影响的理解,并且指出将Tm与环境温度进行匹配可能是一种设计高度有效的基于纳米囊泡的药物递送载体的可行方法。

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温度是一种决定扩散速率的重要因素。根据斯托克斯-爱因斯坦方程,颗粒的布朗运动速率随着温度的增加而增加。在这项新的研究中,这些研究人员在实验和理论上证实温度也控制了具有不同Tm的脂质体在生物水凝胶中的渗透效果。通过将实验室实验和计算机模拟相结合,他们证实当环境温度位于脂质体的Tm附近时,脂质体在水凝胶中的扩散效率优于在较低或较高环境温度下的扩散。当环境环境位于Tm附近时,这些脂质体经常变形为椭圆形,并且这种变形促进它们的快速扩散。

总之,这些研究人员通过改变脂质体中的脂质组成合理地制备了具有不同Tm的脂质体。 实验和模拟结果表明,脂质体在不同环境温度下具有不同的扩散性,当环境温度在脂质体Tm附近时,这些脂质体显示出优异的扩散性。更重要的是,他们通过使用脂质体在体内口服递送胰岛素证明了这些结果的潜在适用性。

机理研究表明具有不同Tm的脂质体获得不同的刚性并可进一步转化为各种形状,这导致不同的扩散能力。这些发现对环境温度对脂质体运输的作用提供新的见解。这些结果可能有助于开发急需的策略来提高基于脂质体的药物递送系统的效率。

来源:生物谷

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