齐岳提供葡聚糖修饰金纳米团簇AuNCs-Dex

2024-07-28 22:17:04

金纳米粒子(AuNPs)是一种非常有用的纳米材料，广泛用于临床治疗。AuNPs在溶酶体的强酸性与水解环境中也不易分解，导致其在生物组织中会滞留数周至数月。

超微小的AuNPs被pH响应型的聚合物（乙酰化葡聚糖，AcetalDextran）包覆，封装在两亲性的二嵌段共聚物（PEG-PCL）的疏水内核中，形成紧密的聚合物胶束。当暴露于低pH环境时(如细胞溶酶体)，乙酰化葡聚糖的缩醛基团发生水解，导致胶束破坏，AuNPs由疏水性逐渐变为亲水性，释放于溶液中。这些小而分散的AuNPs具有更强的降解和排泄能力，可以更快更广泛地生物消除。

制备直径低于肾清除临界值（约6-8nm）的葡聚糖包覆的AuNPs。使用对巯基苯甲酸（pMBA）作为封端剂，得到pMBA-AuNPs（图2A），随后包覆上低分子量的带有单个巯基末端的葡聚糖（5 kDa）。巯基化葡聚糖（dextran-thiol）由葡聚糖末端的葡萄糖基与3,3'-二硫代双(丙酰肼)经还原胺化，NaBH3CN还原，再经三羧基乙基膦(TCEP)还原得到（图2B）。亲水的pMBA-AuNPs通过配体交换来包覆上巯基化葡聚糖，得到Dextran-AuNPs（图2C）。该反应中，巯基化葡聚糖的摩尔量比pMBA远超10倍，以使AuNPs表面尽可能全部替换上巯基化葡聚糖。采用DLS检测Dextran-AuNPs，其平均峰值水动力直径为7.3 nm，接近于负电荷颗粒的肾过滤尺寸临界值（约6-8 nm），因此部分Dextran-AuNPs可能无法被肾过滤，但溶酶体中的α-葡糖苷酶可使葡聚糖衍生物降解，同时一些大尺寸的Dextran-AuNPs也会随时间经葡聚糖的水解而变小。随后，葡聚糖上的羟基与2-甲氧基丙烯反应，在4-甲基苯磺酸吡啶的催化下，修饰上缩醛基团增加颗粒疏水性，得到AcetalDextran-AuNPs (“ADAs”)，以便封装入胶束中。

随后，ADAs被封装进聚合物胶束中。将PEG-PCL与金颗粒在甲苯中被简单混合，在水中乳化并蒸发甲苯，驱动胶束自组装，离心得到146 nm的水溶性颗粒AcetalDextran-AuNP-Micelles (“ADAMs”)

接着还探究了ADAMs在酸性pH 5.0条件下能否发生疏水-亲水转变。ADAMs分别溶解在pH 7.4和pH 5.0的血清中。由于外层PEG可使胶束全溶于血清中，但是重的金内核会在高速离心（16000 g, 10 min）后从溶液中分离出来。当胶束在37℃下混合24h后，pH 7.4中的仍有沉淀；而pH 5.0的体系中，沉淀已完全消失。这说明了酸性环境（pH 5.0）导致了葡聚糖上缩醛基团的水解，AuNPs由疏水性变为亲水性，胶束内核解散，释放出了Dextran-AuNPs。并且实验结果显示，AuNPs从胶束中的释放不需要胶束PEG-PCL的完全降解。

ADAMs在血清中(0.04 mg mL⁻¹ by Au, 1 mL)，37℃，快速搅动，

培育24h后，16000 g离心10 min图示

随后，还验证了ADAMs在生物体中的安全性、生物可降解性、药代动力学、生物分布。在肝细胞系HepG2中，当金浓度值低于10 μg mL−1时，细胞存活率达95%；金浓度高达80 μg mL−1时，仍有高于80%的存活率，说明了ADAMs良好的安全性与生物相容性。ADAMs与无pH响应的C12-AuNP-Micelles相比，在RAW 264.7小鼠巨噬细胞中以10 μg mL−1的浓度培育24h，ADAMs有了明显的胶束结构破坏和AuNPs分散，而C12-AuNP-Micelles仍保持原样，说明了ADAMs良好的生物可降解性。另外，实验表明ADAMs循环时间更长，半衰期为3.5h；ADAMs的生物分布与该尺寸的纳米粒子相同，起初大多数粒子积聚在肝和脾，但随时间延长金含量会大幅下跌，消除速率远高于其他文献报道过的非pH响应的金胶束。

针对AuNPs的生理滞留性问题设计了pH响应的聚合物乙酰化葡聚糖，将其包覆在小粒径AuNPs上，封装入胶束中，所得ADAMs在pH 7.4下有高稳定性，在酸性条件pH 5.0和巨噬细胞中会发生快速降解。ADAMs有良好的生物相容性和血清药代动力学，在积聚部位肝和脾能有效清除。

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