河豚毒素被“驯服”，局部止痛疗效长达3天！或可替代阿片类药物
阿片类药物通常是围手术期和慢性疼痛，甚至是局部疼痛治疗的主体，但这类药物有许多副作用，包括恶心、感觉模糊、瘙痒、尿潴留、便秘等，更严重的还会导致耐受、成瘾并有过量使用致死的风险。
阿片类药物通常是全身给药，主要作用于中枢神经系统，这是其主要副作用的来源。因此，人们对局部治疗疼痛的方法越来越感兴趣。
局部麻醉药可以阻止伤害性刺激上传到中枢神经，其效果确切，不容易出现中枢易化、疼痛过敏等情况。另外，由于局部用药这种给药方式，血药浓度低，在无意外入血的情况下，全身性副作用少。
但现有的临床常用局部麻醉药的作用时间有限，单次给药的镇痛时间通常不超过8 小时 ，虽然可以满足大部分手术或有创操作，却远远不能完全满足术后疼痛、慢性疼痛等需要。因此，延长局部麻醉药的作用时间，开发满足临床需要的长效局部麻醉药，具有重要的临床意义和广阔的市场前景。
近期，来自哈佛医学院附属波士顿儿童医院的研究人员开发了一种新方法，用于“驯服”世界上最有效的毒素之一，天然存在的一种钠通道阻滞剂（S1SCB），河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）。
该研究报告了一种将TTX用于有效局部麻醉的持续释放系统，这种麻醉剂可在确保安全性的前提下使目标区域麻醉长达3天。相关研究成果于6月12日发表在Nature Communications上[1]。
图片来源：Nature Communications
TTX为氨基全氢喹唑啉型化合物，是自然界中发现的毒性最大的神经毒素之一，吸收后迅速作用于神经末梢和神经中枢，可高选择性和高亲和性地阻断神经兴奋膜上钠离子通道，阻碍神经传导，从而引起神经麻痹而致死亡。
然而，也正是因为这种独特的作用机理，TTX引起了一些科学家的兴趣。目前，它在临床上可用于镇痛、局部麻醉、镇静、降压、抗心律失常等，但由于毒性较大，在使用上受到一定限制。
领导该研究的Daniel S. Kohane博士长期以来对海生生物如河豚和藻类中的神经毒素感兴趣。他的团队已经尝试了各种封装并以微小颗粒的形式传递这些化合物的方法，如利用超声波和近红外光激发局部药物释放。
但在这项新研究中，考虑到S1SCBs的亲水性，通过封装来减弱毒性具有较大挑战，他们并没有像以前那样将河豚毒素装载到颗粒中，而是选择了一种新方法：通过可水解的酯键将TTX共价结合到可生物降解和生物相容的聚合物—聚（三聚二羧酸）-共聚乙二醇（TDP）主链上。这样可以防止TTX的初始突发释放，并且酯键的缓慢水解可以实现TTX的持续释放。另外，由于聚合物的亲水性是酯键水解率的主要决定因素，因此TTX的释放量可以通过改变聚合物主链的亲水性来调整。
此外，基于这样一个事实，即在神经束外S1SCBs只有很小的一部分（可能为0.05%）穿透轴突表面，研究者利用化学渗透增强剂（CPEs，一种帮助药物跨越生物屏障的多相小分子）来增强TTX对神经的渗透，这样可以提高药物的有效性，从而减少TTX的用量，提高用药的安全性。
图片来源：Nature Communications
在对TDP亲水性、TDP-TTX共轭物体外释放动力学以及影响注射性能的粘度等因素进行检测后，Kohane团队利用大鼠继续进行研究。
首先，他们筛选并确认了聚乙二醇200（PEG200）是合适的化学渗透增强剂，它能有效地帮助分子渗透到神经；此外，还证实了，当共价结合到聚合物骨架上时，TTX不具有生物活性。
图片来源：Nature Communications
接下来，为了提高安全性并延长已知载荷下TDP-TTX的释放时间，研究者选择TgD8-TTX/PEG200进行体内实验。结果表明，将TTX共价结合到TgD8/PEG200中显著提高了有效性、安全性，并且神经阻滞持续时间也大大延长。
其中，安全性显著提高可以通过局部注射大剂量TgD8-TTX/PEG200而没有毒性来证明。例如，注射含有80 µg（480 µM）TTX的制剂TgD8–TTXH/PEG200，感觉神经阻滞效果可持续71.5±6.9小时（约3天），并且没有大鼠死亡。这个剂量的TTX比游离的TTX高16倍，而后者是绝对致命的。
取得了良好的实验结果后，研究者继续评价了TDP在组织中局部保留的时间进程。他们给大鼠注射了与Cy5.5共价结合的TgD8/PEG200，并观察到所有大鼠的坐骨神经上都能看到荧光信号，其他地方没有可检测的荧光。该信号在4周内逐渐减弱，表明TgD8能在体内逐渐降解。
图片来源：Nature Communications
最后，考虑到意外的血管内注射可导致全身麻醉毒性，研究者还评估了静脉注射TgD8–TTXH/PEG200的安全性。在大鼠体内静脉注射0.5 ml含有20 μg (120μM) TTX的制剂 (12.5 mg TgD8-TTXH)，发现坐骨神经没有神经行为缺陷（反映全身毒性）或其他毒性迹象（包括动物死亡）。值得注意的是，20 μg静脉注射游离的TTX足以杀死许多大鼠。
总结来说，Kohane团队开发了一种局部麻醉系统，可以在神经阻滞数小时到数天的情况下，将TTX局部或全身毒性降至最低。该设计包括两个关键部分：1、TDP-TTX共轭物能以安全的速率精确控制TTX的释放；2、CPE能增加TTX进入神经的量。
该局部麻醉系统成功“驯服”了致命的河豚毒素，使这个曾经让人闻之色变的毒药成为造福人们的良药。
小结
药物：河豚毒素
杂志：Nature Communications
亮点：来自哈佛医学院附属波士顿儿童医院的研究人员开发了一种局部麻醉系统，通过TDP-TTX共轭物精确控制TTX的释放，以及通过CPE增加TTX对神经的渗透。这一系统不仅克服了TTX的剧毒，还解决了传统麻醉药物的缺点，使之成为了高效、安全、作用时间长的局部麻醉药物。
[1] Chao Zhao, etal. Polymer-tetrodotoxin conjugates to induce prolonged duration local anesthesia with minimal toxicity. Nature Communications (2019).
参考资料：
1# Opioid alternative? Taming tetrodotoxin for precise painkilling
2# 长效局部麻醉药物的研究进展