A model-based analysis of tissue targeting efficacy of nanoparticles
A model-based analysis of tissue targeting efficacy of nanoparticles
复制标题
基于模型的纳米颗粒组织靶向功效分析
DOI：
10.1098/rsif.2017.0787
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发表时间：
2018
影响因子：
3.9
通讯作者：
Barua, Dipak
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Barua, Dipak
组织靶向是药物纳米载体系统给药的一个关键挑战。为了克服这一挑战，人们已经进行了大量的研究工作来设计配体连接的纳米颗粒。然而，在定量评估这种方法的有效性方面所做的工作有限。在这项工作中，我使用一个机械性的时空模型，研究了配体定向组织靶向的有效性。通过应用胶体过滤理论的方法，我建立了纳米粒子-细胞相互作用的布朗动力学模型。该模型包含了单胞及其周围的流场。它考虑了纳米颗粒在对流和扩散运动中的特异性(受体介导的)和非特异性(裸细胞表面介导的)识别。使用该模型，我调查了特定和非特定的交互作用在确定总体靶向有效性方面的比较。我的分析提供了一些有趣的发现，这些发现与基于癌症和非癌症细胞中不同受体表达的有效靶向是可能的普遍概念相矛盾。我表明，这种策略可能只会在靶向效力方面产生微乎其微的收益。此外，即使在高受体表达水平，非特异性相互作用也可能对细胞识别颗粒产生重要影响。
Tissue targeting is a critical challenge for systemic delivery of drug nanocarriers. To overcome this challenge, major research efforts have been undertaken to design ligand-conjugated nanoparticles. However, limited work has been done to quantitatively assess the effectiveness of such approach. In this work, using a mechanistic spatio-temporal model, I investigate the effectiveness of ligand-directed tissue targeting. By applying an approach from the colloidal filtration theory, I develop a Brownian dynamics model of nanoparticle–cell interaction. The model incorporates a single cell and its surrounding flow field. It considers both specific (receptor-mediated) and non-specific (bare cell surface-mediated) recognition of nanoparticles subject to convective and diffusive motion. Using the model, I investigate how the specific and non-specific interactions compare in determining the overall targeting efficacy. My analysis provides some interesting findings that contradict the general notion that effective targeting is possible based upon the differential receptor expression in cancer and non-cancer cells. I show that such strategy may yield only a marginal gain in the targeting efficacy. Moreover, non-specific interaction may have an important influence on particle recognition by cells even at high receptor expression levels.
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DOI：
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发表时间：
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通讯作者：
M. Elimelech
影响因子：
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基于规则的建模和模型细化
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发表时间：
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通讯作者：
Park K