ACS AMI┃基于葫芦脲主客体作用的多糖包被功能纳米粒的构建和选择性激活

英文原题：Selective Decoating-Induced Activation of Supramolecularly Coated Toxic Nanoparticles for Multiple Applications

通讯作者：王瑞兵、李铭源，澳门大学；杨英威，吉林大学

作者：Cheng Gao, Cheryl H. T. Kwong, Chen Sun, Zheng Li, Siyu Lu, Ying-Wei Yang, Simon Ming-Yuen Lee, and Ruibing Wang

在过去的几十年里，具有生物活性功能纳米粒已被广泛研究应用于治疗和诊断。尽管这些功能性纳米粒具有各种各样的优点，但不良反应和非特异性毒性总是难以避免，因此，精确地控制它们的生物活性和毒性就显得尤为重要。为了解决这个问题，聚合物涂层作为纳米粒表面改性的一般策略，可有效地保护纳米粒的生物活性或毒性。到目前为止，聚合物涂层主要是通过紧密的共价键或松散的物理相互作用来实现的，包括静电相互作用和氢键。然而，共价共轭往往涉及繁琐的合成过程，而物理相互作用力则往往太弱，在实际应用过程中难以保持聚合物涂层的稳定性。更重要的是，在这两种情况下，包被涂层的去除通常是通过酶或化学降解聚合物层来实现的，因此，这类功能性材料的应用仅限于存在相关酶或化学物质的特定领域。

针对这一现象，澳门大学王瑞兵（点击查看介绍）课题组、李铭源（点击查看介绍）课题组和吉林大学杨英威（点击查看介绍）课题组合作构建了基于超分子主客体作用的透明质酸包被纳米粒，其多重刺激响应性可实现透明质酸包被层的脱保护和功能性纳米粒活性的精确控制（decoating induced activation, DIA）。研究人员先通过葫芦[8]脲（CB[8]）、偶氮苯修饰的透明质酸（Azo-HA）和甲基紫精修饰的PLA纳米粒（MV-NPs）之间的三元主客体作用，制备透明质酸包被纳米粒（HA-MV-NPs）。甲基紫精，俗称百草枯，被广泛用作除草剂，在药理研究中也可作为经典的ROS诱导剂，因此，MV-NPs可作为很好的功能性纳米粒，但在使用过程中也显示出高毒性。随后研究发现，与MV-NPs相比，HA-MV-NPs则显示出较低的毒性，并且细胞、斑马鱼和小鼠等模式动物的安全性评价实验进一步证明了HA-MV-NPs较高的生物相容性，这主要得益于主客体介导的HA包覆作用。在紫外线（或阳光）作用下，由于偶氮苯的构型反转，高稳定性的HA-MV-NPs因HA包覆层的取出而被激活，表现出良好的除草剂活性。同时，透明质酸酶（HAase）是由金黄色葡萄球菌等菌株特异性分泌的一种内源性物质，可以降解HA-MV-NPs的透明质酸包被层，在体外和体内对金黄色葡萄球菌感染实验中HA-MV-NPs表现选择性的抗菌活性。此外，在将上转换纳米颗粒加入HA-MV-NPs后，由于上转换纳米粒可将穿透能力更强的红外光转化为紫外光，从而引起HA-MV-NPs上偶氮苯的构型翻转，实现HA-MV-NPs在体内的选择性激活,，并显示出一定的抗肿瘤疗效。这些结果表明基于主客体作用所构建的多糖包被功能性纳米粒可通过DIA策略实现对其活性体内体外的精确控制，从而拓宽其在各领域的应用范围。

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图1. HA-MV-NPs的制备和多种应用示意图

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图2. MV-NPs和HA-MV-NPs的制备及表征。(A) MV-NPs的制备。(B) MV-NPs的TEM图像。(C) HA-MV-NPs的制备。(D) HA-MV-NPs的透射电镜图像。(E) 不同条件下MV-NPs、HA-MV-NPs的粒径。(F)不同条件下MV-NPs和HA-MV-NPs的Zeta电位。(G)MV-NPs和HA-MV-NPs的稳定性。

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图3. MV-NPs和HA-MV-NPs在小鼠模型中的安全性评价。(A)小鼠存活率曲线。(B)小鼠体重变化曲线。(C)肝功能(ALT和AST) 评价。(D)肾功能 (BUN和UA) 评价。(E)血清炎性细胞因子分析。(F)小鼠的肺组织Masson染色。(G)小鼠肝、脾、肺、肾和大脑(纹状体和黑质)的H&E染色。

研究成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces 期刊上。该研究得到国家自然科学基金、以及澳门大学研究基金的资助。

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Selective Decoating-Induced Activation of Supramolecularly Coated Toxic Nanoparticles for Multiple Applications

Cheng Gao, Cheryl H. T. Kwong, Chen Sun, Zheng Li, Siyu Lu, Ying-Wei Yang, Simon Ming-Yuen Lee, Ruibing Wang

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c05013

Publication Date: May 14, 2020

导师介绍

王瑞兵

https://www.x-mol.com/university/faculty/45874

李铭源

https://www.x-mol.com/university/faculty/49811

杨英威

https://www.x-mol.com/university/faculty/11040

（本稿件来自ACS Publications）