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郑州大学博士一作发14.3分SCI，揭示基于中性粒细胞诱饵的纳米药物递送系统对心肌损伤的修复效果
Highlights
1. NDs具备减少炎症和清除有害ROS的双重治疗作用，为心肌缺血再灌注损伤提供综合保护
2.NDs显著减小了心肌梗死面积并改善了心脏功能，显示出良好的治疗潜力。
近日，“Advanced Science”（IF=14.3）上发表了一篇题为“Enhancing Cardioprotection Through Neutrophil-Mediated Delivery of 18β-Glycyrrhetinic Acid in Myocardial Ischemia Reperfusion Injury”的文章。这篇文章研究了一种创新的药物递送系统，旨在通过中性粒细胞介导的方式，递送18β-甘草酸以增强心肌缺血/再灌注损伤的保护效果。
研究背景介绍
中性粒细胞诱饵（NDs）是一种新型的治疗策略，通过模拟中性粒细胞的某些特性来吸附和中和炎症介质，从而减少炎症细胞的招募和活化。
18β-甘草酸（GA）是从甘草中提取的一种活性化合物，具有抗氧化和抗炎的特性。然而，GA的水溶性差、心脏定位不精确以及生物半衰期短，限制了其临床应用。
药物递送系统（DDS）是指能够将药物有效地传递到体内特定部位的系统或技术。DDS的设计旨在提高药物的生物利用度、减少副作用、并实现药物在特定病变部位的集中释放。
研究思路分析
研究技术路线图
01NDs的设计与表征
①通过将对羟基苯甲醇（HBA）、草酰氯（OC）和PEG2000化学合成到ROS响应性两亲性共聚物HBA-OC-PEG2000（HOP）中，随后通过透析法将GA封装进HOP中，形成了GA@HOP，然后制备了包裹红细胞膜和中性粒细胞膜的GA@RMHOP和GA@NMHOP。
②通过透射电子显微镜（TEM）和其他分析技术，确认了这些纳米颗粒具有均匀的核壳结构，并且在储存过程中表现出良好的稳定性。这些纳米颗粒在药物封装效率方面表现优异，且封装的药物在纳米颗粒中保持了长时间的稳定。
③在1mM H2O2条件下，GA@HOP、GA@RMHOP和GA@NMHOP纳米粒子在pH 7.4 PBS溶液中表现出显著的尺寸变化和结构不稳定，而无H2O2时则稳定。
02体外功能验证
①评估NDs在体外模型中吸附炎症因子和趋化因子的能力。实验显示，随着ND浓度的增加，剩余未结合的细胞因子量呈下降趋势，表明ND具有浓度依赖性的显著吸附能力。此外，NDs在模拟心肌炎症的体外模型中显示出对炎症因子的浓度依赖性中和作用。NDs还能减少RAW264.7细胞培养中炎症因子的激活水平，从而降低心肌细胞的进一步损伤。表明，GA@NMHOP纳米颗粒具有显著的细胞因子中和能力，能有效吸附局部微环境中的细胞因子。
②GA@HOP纳米颗粒在多种细胞类型中表现出良好的生物安全性，在不超过238.0 mg L−1的浓度下，对心肌细胞、巨噬细胞、内皮细胞和心肌纤维细胞的细胞活力没有影响。
③NPs通过生物膜伪装能显著降低被巨噬细胞清除的能力，增强免疫逃避能力。嗜中性粒细胞通过LFA-1与激活的内皮细胞上的ICAM-1相互作用，这种相互作用在NPs上得到体现，尤其是嗜中性粒细胞膜包裹的纳米颗粒能显著与受损的内皮细胞结合。通过transwell实验发现，NMHOP纳米颗粒在炎症条件下通过增强的内皮细胞间通透性（EPR效应）而非通过转胞吞作用，有效穿透内皮层，进入受损心脏区域。
④研究发现，在心肌缺血/再灌注（I/R）环境下，心肌细胞对GA@NMHOP纳米颗粒的摄取显著增加，表明I/R损伤加剧了GA@NMHOP的内吞作用。使用不同内吞抑制剂表明，GA@NMHOP主要通过网格蛋白介导的内吞作用进入心肌细胞。
⑤包裹的HBA和GA均展现出强大的抗氧化能力，有效中和细胞内的ROS，减少I/R引起的细胞损伤，并通过稳定线粒体膜电位减少ROS的产生。此外，GA@NMHOP等纳米颗粒还能减少HMGB1在心肌细胞中的核内含量和细胞质转位，从而减少HMGB1向细胞外基质的释放。表明，装载GA的DDS在减少心肌细胞中HMGB1的表达和细胞质转位方面显示出潜力。
03体内效果评估
①在体内进行了短期和长期实验。长期实验表明，GA@NMHOP显著提高了小鼠心肌梗死后28天的存活率，显示出GA@NMHOP在长期存活方面的显著优势。短期实验结果显示，GA@RMHOP和GA@NMHOP的循环时间比GA@HOP长，这归因于生物仿生脂质提供的保护。
②GA@NMHOP治疗在心脏中的积累显著高于GA@HOP和GA@RMHOP治疗，这是由于嗜中性粒细胞趋化性驱动的。进一步，对心脏切片进行α-SA染色，显示大多数GA@NMHOP渗入心脏损伤区域周围。表明，GA@NMHOP能够针对性地积累在受损心肌区域，并且可能作为诱饵，减少炎症细胞的进一步浸润，增强治疗效果。
③在MI/R小鼠模型中，NDs显著降低了39种炎症因子中的表达，显示出广泛的抗炎效果。NDs还可以减轻I/R诱导的HMGB1表达的增加。此外，NDs在体内也显示出显著的ROS清除能力。NDs重塑炎症微环境和有效清除ROS的能力有助于减少心肌细胞凋亡和保护更多处于危险中的心肌细胞。
④TTC/Evans蓝染色显示，发现NDs处理的小鼠在I/R后第三天梗死面积与风险区域的比值显著低于其他组，表明NDs通过调节炎症和清除ROS对心脏有保护作用。
⑤在I/R后第28天，NDs的治疗方法显示，GA@NMHOP组显著减少左室扩张，提高心脏的泵血功能，减少心肌梗死后的心脏重构。且GA@NMHOP组纤维化组织面积减少，左室壁厚度增加。
⑥生化功能检测，发现血清中ALT、AST、CREA、UA等反映肝肾功能生物标志物的水平在各个组间没有显著差异。此外，主要器官组织的组织病理学检查也未发现明显异常，表明GA@NMHOP在治疗剂量下是安全的。
图1. 中性粒细胞膜包被NP的表征
图2. 体外中和炎症因子和趋化因子
图3. 体外NDs的靶向概况
图4.NDs对心肌细胞的保护作用
图5. ND的体内靶向概况
图6. 抑制心肌细胞的HMGB1释放和ROS产生
图7. NDs可改善心室功能并限制不良的LV重塑
图8. Abstract
结论与讨论
本研究成功开发了一种基于中性粒细胞的创新药物递送系统，通过封装GA并响应H2O2实现药物的控制释放。NDs在体外展现出良好的炎症因子中和能力，在体内动物模型中有效减小了心肌梗死面积，改善了心脏功能，并限制了左室重构。
未来的研究中，需要进行更长期的随访研究以评估NDs的长期疗效和安全性，探索是否存在阻碍纳米药物从心脏血管外渗的基底膜样结构，以及研究炎症干预治疗策略如何影响心脏损伤后的血管和心肌细胞再生。