酶聯(lián)免疫分析試劑盒-齊一生物

靜脈給藥是一種非常重要而有效的給藥方式，不過血管內(nèi)皮的存在導(dǎo)致分子量大于白蛋白（66 kDa）的物質(zhì)無法滲透出血管。只有當血管內(nèi)皮的通透性顯著增強時，蛋白質(zhì)、核酸、納米藥物等才能大量穿過內(nèi)皮進入組織。而大多數(shù)疾病狀態(tài)下，病灶處血管內(nèi)皮都保持著結(jié)構(gòu)和功能的完整，導(dǎo)致大分子藥物難以大量遞送至病灶區(qū)。因此，克服血管內(nèi)皮障礙是藥物遞送要解決的一大難題。

近期，美國佐治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)的 Wilbur A. Lam 教授與萊斯大學(xué)的 Gang Bao 教授等人在 Nature Communications 上發(fā)表論文，提出了一種新的增強血管內(nèi)皮滲透性的物理方法。他們先用外磁場調(diào)控血管內(nèi)皮細胞攝取磁性納米顆粒（MNPs），再用外磁場作用于胞內(nèi) MNPs，影響內(nèi)皮鈣黏蛋白和 F 肌動蛋白的相互作用，擾亂血管內(nèi)皮黏著連接，從而靶向增強特定區(qū)域血管內(nèi)皮的滲透性，zui終增強系統(tǒng)給藥在特定部位的輸送效率。

Wilbur A. Lam 教授（左）、Gang Bao 教授（右）。圖片來源：Georgia Institute of Technology / Rice University

早期研究表明可以利用磁場給胞內(nèi) MNPs 施加外力控制細胞信號通路。而作者在前期研究中發(fā)現(xiàn)外加磁場不僅可以增強血管內(nèi)皮細胞對 MNPs 的內(nèi)吞，還能通過磁力調(diào)控 F - 肌動蛋白的動力學(xué)和組裝結(jié)構(gòu)，而肌動蛋白組裝結(jié)構(gòu)的改變可以擾亂粘著鏈接并增強血管滲透性。因此作者就猜想，是否可以利用磁場通過內(nèi)皮細胞內(nèi)的 MNPs 給細胞施加內(nèi)力，改變 F 肌動蛋白，從而增強血管內(nèi)皮通透性，促進大分子藥物輸送？

首先，作者用熱分解法合成了直徑為 16 nm 和 33 nm 的磁性氧化鐵納米顆粒，并用磷脂 - 聚乙二醇進行包載形成親水的 MNPs，同時在包載過程中摻入熒光分子 DiI 和 DiR 進行標記分別用于體外、體內(nèi)熒光成像。他們利用 NdFeB 磁體產(chǎn)生磁場，計算發(fā)現(xiàn)每個 MNPs 在該磁場內(nèi)受的磁力大小在 1 fN 量級。

圖 1. 氧化鐵納米顆粒的示意圖及表征。圖片來源：Nat. Commun.

通過將 MNPs 與內(nèi)皮細胞一起培養(yǎng)，并用磁場進行處理，他們發(fā)現(xiàn)磁場可以顯著增強內(nèi)皮細胞對 MNPs 的內(nèi)吞。磁場作用 1 h 后，內(nèi)皮細胞內(nèi)隨機分布的 F - 肌動蛋白纖維沿著磁場方向有序排列。而經(jīng)計算，這種情況下細胞受力的大小和細胞在血管內(nèi)皮上受力的大小相當。

圖 2. 磁力對吞噬 MNPs 的內(nèi)皮細胞的影響，改變 F - 肌動蛋白的排列方式。圖片來源：Nat. Commun.

為了模擬體內(nèi)血管的動態(tài)環(huán)境，作者制作了一種內(nèi)皮細胞化的微流體通道。他們將單層的內(nèi)皮細胞培養(yǎng)在管道的內(nèi)表面，并使培養(yǎng)基按照生理條件下血液的流速在管道內(nèi)流動。這種條件下，細胞內(nèi)的 F - 肌動蛋白纖維主要富集在細胞 - 細胞接觸面，同時沿著培養(yǎng)基流動的方向排列。

圖 3. 體外制備內(nèi)皮細胞化的微流體管道。圖片來源：Nat. Commun.

隨后，作者研究了流體沖刷狀態(tài)下磁場對內(nèi)皮細胞吞噬 MNPs 的影響及吞噬 MNPs 后效應(yīng)的影響。作者發(fā)現(xiàn)在步驟 1（圖 4d）的情況下，磁場可以將內(nèi)皮細胞吞噬的 MNPs 的量增加 2.3 倍。而經(jīng)過步驟 1 處理之后再按照步驟 2（圖 4e）處理 1 小時，細胞中的 F - 肌動蛋白排列被擾亂，沿著流體流動方向的排列減少，同時血管內(nèi)皮鈣粘蛋白排列被擾亂。而在停止磁場作用 12 小時后，內(nèi)皮細胞的 F - 肌動蛋白和血管內(nèi)皮鈣粘蛋白均恢復(fù)至處理前的狀態(tài)，這意味著內(nèi)皮細胞可以感知剪切力和內(nèi)部的磁力，并據(jù)此動態(tài)調(diào)節(jié)胞內(nèi)的 F - 肌動蛋白排列。同時，磁力擾亂內(nèi)皮細胞鈣粘蛋白后可以增強內(nèi)皮通透性，從而增強大分子蛋白質(zhì)的穿透性。

圖 4. 體外磁力對內(nèi)皮細胞 F - 肌動蛋白及鈣粘蛋白排列的影響。圖片來源：Nat. Commun.

隨后，為了觀察磁力是否可以增強 MNPs 在小鼠體內(nèi)血管壁的富集，作者先通過尾靜脈給小鼠注射 DiR 標記的 33 nm 的 MNPs，并將磁體放在對側(cè)的靜脈處。近紅外熒光成像顯示磁場可以增加 MNPs 在尾靜脈血管壁的富集，定量分析顯示磁場作用下 MNPs 在尾靜脈血管周圍的富集量增加了約 10 倍，同時 MNPs 主要分布在內(nèi)皮上，而不是在組織間隙中。這意味著磁場可以達到磁靶向的作用，增強 MNPs 在小鼠血管壁上的富集。

圖 5. 磁場促進 MNPs 在小鼠體內(nèi)尾靜脈周圍富集。圖片來源：Nat. Commun.

zui后，作者用吲哚花青綠（ICG）研究了磁靶向?qū)ρ鼙谕ㄍ感缘挠绊憽CG 是一種可以與脂蛋白結(jié)合形成大分子熒光染料的近紅外熒光染料，而結(jié)合脂蛋白的 ICG 只能穿透通透性增強的血管壁，以此模擬大分子蛋白質(zhì)藥物。作者在小鼠尾靜脈注射未標記的 MNPs 后利用磁體處理尾靜脈 2 小時，然后注射 ICG，通過近紅外活體成像觀察 ICG 的分布，結(jié)果顯示 ICG 在小鼠尾部的信號增強了約 2 倍，而不加磁場則不會影響 ICG 的分布，這意味著外磁場不僅可以促進 MNPs 富集在小鼠尾靜脈周圍，同時還可以通過 MNPs 給內(nèi)皮細胞施加外力，導(dǎo)致內(nèi)皮細胞間連接紊亂，血管壁通透性增強，促進大分子藥物穿過血管。

圖 6. 磁力增強小鼠血管通透性，促進大分子藥物透出血管。圖片來源：Nat. Commun.

大分子藥物（如抗體、核酸類藥物）已經(jīng)在臨床廣泛使用，但是對于非腫瘤類不影響血管通透性的疾病而言，大分子藥物的輸送確是難題。本文巧妙地利用磁靶向作用于細胞內(nèi) MNPs、可逆地調(diào)控血管通透性，從而增強大分子藥物的定向輸送，著實解決了一大難題。同時，磁場對人體無害，不會因組織而衰減，考慮到 MNPs 已經(jīng)在被批準用于臨床核磁共振成像造影劑、補鐵劑等，本研究提出的方法具有很好的臨床應(yīng)用前景。