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Science子刊论文:开发出可穿过血脑屏障的纳米颗粒!


在过去的几十年里,科学家们已经确定了导致神经退行性疾病的生物途径,并开发了针对这些途径的有前途的分子制剂。然而,将这些发现转化为临床批准的治疗方法的进展速度要慢得多,部分原因是人们在将治疗药物穿过血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)并送入大脑方面所面临的挑战。

来源: 生物谷 

 

在过去的几十年里,科学家们已经确定了导致神经退行性疾病的生物途径,并开发了针对这些途径的有前途的分子制剂。然而,将这些发现转化为临床批准的治疗方法的进展速度要慢得多,部分原因是人们在将治疗药物穿过血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)并送入大脑方面所面临的挑战。

为了促进治疗药物成功地递送到大脑,来自美国布莱根妇女医院和波士顿儿童医院的研究人员在一项新的研究中,构建出一种纳米颗粒平台,它在小鼠中可以促进将封装的药物有效地递送到物理上被破坏或完整的BBB中。在创伤性脑损伤(TBI)的小鼠模型中,他们观察到这种递送系统在大脑中的累积量是传统递送方法的三倍,而且治疗效果也很好,这可能为治疗众多神经系统疾病提供了可能性。相关研究结果发表在2021年1月1日的Science Advances期刊上,论文标题为“BBB pathophysiology–independent delivery of siRNAin traumatic brain injury”。

以前开发的将治疗药物递送到TBI发生后的大脑中的方法依赖于头部物理损伤后的短暂时间窗口,此时BBB暂时被破坏。然而,在被破坏的BBB在几周内受到修复后,医生缺乏有效的药物递送工具。

论文共同通讯作者、布莱根妇女医院麻醉学、围手术期与疼痛医学系纳米医学中心助理生物工程师Nitin Joshi博士说,“无论大分子还是小分子治疗剂都很难穿过BBB。我们的解决方案是将治疗剂封装到具有精确工程化表面特性的生物相容性纳米颗粒中,使得它们在治疗上有效地递送到大脑中,与BBB的状态无关。”

该技术可使医生能够治疗与TBI相关的继发性损伤,这些继发性损伤可能会导致阿尔茨海默病、帕金森病和其他神经退行性疾病,这些疾病有可能会在BBB愈合后的数月和数年内发生。

论文共同通讯作者、布莱根妇女医院麻醉学、围手术期与疼痛医学系的Jeff Karp博士说,“为了能够在没有炎症的情况下穿过BBB递送治疗剂,这在某种程度上一直是该领域的最高目标。我们的极其简单的方法适用于许多神经系统疾病,在这些疾病中,有望将治疗药物递送到大脑。”

论文共同通讯作者、波士顿儿童医院急诊医学部的Rebekah Mannix博士进一步强调,BBB阻止将治疗药物递送到中枢神经系统(CNS)中,用于治疗各种急性和慢性疾病。她说,“这篇论文所开发的技术可以实现大量不同药物的递送,包括抗生素,抗肿瘤药物和神经肽。这可能会引发对许多发生在中枢神经系统的疾病的治疗变革。”

这项研究中使用的治疗药物是一种小干扰RNA(siRNA)分子,旨在抑制tau蛋白的表达,而tau蛋白被认为在神经变性中起关键作用。聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Poly(lactic-co-glycolic acid),即PLGA,是一种可生物降解和生物相容性的聚合物,用于美国食品药物管理局(FDA)批准的几种现有产品中,被用作纳米颗粒的基础材料。这些研究人员系统性地设计和研究了所制作出的纳米颗粒的表面特性,以最大限度地提高其在健康小鼠中完整的、未受损的BBB的穿透力。这导致确定了一种独特的纳米颗粒设计,最大限度地提高了封装的siRNA在完整的BBB中的递送,并显著提高了脑细胞的吸收。

在通过这种新型递送系统给送抑制tau蛋白的siRNA的TBI小鼠中观察到tau的表达减少了50%,无论这种治疗制剂是在被破坏的BBB的短暂时间窗口内还是超过这个短暂时间窗口给送,都是如此。相比之下,在通过传统递送系统给送siRNA的小鼠中,tau没有受到影响。

论文第一作者、布莱根妇女医院麻醉学、围手术期与疼痛医学系的Wen Li博士说,“除了证明这种新型平台将药物递送到大脑的实用性外,这篇论文还首次系统性地调节表面化学特性和涂层密度,以便调整纳米颗粒穿过具有紧密连接的生物屏障的能力。”

除了靶向tau之外,这些研究人员还在研究使用这种新型递送平台攻击其他靶标。Karp说,“对于临床转化,我们希望不局限于tau,以验证我们的系统可以适应其他靶标。我们使用TBI模型来探索和开发这项技术,但基本上任何研究神经系统疾病的人都可能发现这项研究的好处。我们的研究工作是艰巨的,但我认为这为我们向多个治疗靶标推进提供了重要的动力,并有潜力推进到人体测试。”

参考资料:

1.Wen Li et al. BBB pathophysiology–independent delivery of siRNA in traumatic brain injury.Science Advances, 2021, doi:10.1126/sciadv.abd6889.

2.Nanoparticle drug-delivery system developed to treat brain disorders

https://medicalxpress.com/news/2021-01-nanoparticle-drug-delivery-brain-disorders.html

 

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