两亲性含氟胶束颗粒在线粒体靶向给药中的应用

来源：生物探索2021-12-29 08:29

线粒体是重要的细胞器，是细胞的动力源和代谢信号中心。线粒体缺陷或功能障碍与许多人类疾病有关，如神经系统疾病、心血管疾病和癌症。目前，线粒体已成为研究线粒体功能、治疗线粒体相关疾病的重要治疗靶点和重要手段之一。由于其独特的性质，在20%以上的上市药物中，氟被用于增加药物的治疗活性和化学或代谢稳定性。氟还能提高蛋白质的稳定性。

线粒体是重要的细胞器，是细胞的动力源和代谢信号中心。线粒体缺陷或功能障碍与许多人类疾病有关，如神经系统疾病、心血管疾病和癌症。目前，线粒体已成为研究线粒体功能、治疗线粒体相关疾病的重要治疗靶点和重要手段之一。

由于其独特的性质，在20%以上的上市药物中，氟被用于增加药物的治疗活性和化学或代谢稳定性。氟还可以提高蛋白质的稳定性和特异性，制备用于磁共振成像和正电子发射断层成像的分子探针。近年来，各种含氟聚合物和其他含氟生物材料在生物医学领域的应用得到了发展和研究。基于此，2021年12月，来自德州农工大学的研究小组；m大学在ACS NANO发表了一篇题为《电位无关的内在给药和线粒体靶向》的文章，阐述并验证了氟两亲物有潜力成为细胞内给药和线粒体靶向的有效工具。

本研究中，研究人员合成并比较了两种含氟两亲性胶束，磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氟碳(PE-PEGm-Fn)和聚乙二醇-氟碳(PEGm-Fn)，它们可以分别自组装成壳型含氟胶束和核型含氟胶束。实验结果表明，PEGm-Fn在靶向线粒体方面优于PE-PEGm-Fn。

首先，研究人员通过设计氟两亲物，探索了粒子氟化的两种策略，即壳/表面氟化和核氟化。在自组装过程中，含氟基团(Fn)越多，越容易形成颗粒，PEGm-Fn形成的颗粒小且稳定。由于聚乙二醇的外层，PEG2k-Fn胶束的电位接近中性。对于PE-PEG2k-Fn聚合物，当氟化度(n)从3增加到7时，它们的平均粒径从120 nm增加到200nm，电位从20mV降低到30 mV。此外，以溶胞胺罗丹明b-磷脂酰乙醇胺(Rh-PE)为荧光探针标记胶束，进行细胞摄取实验。结果表明，核含氟胶束的细胞摄取量是壳含氟胶束的20倍。

在本研究中，我们观察了PEGm-F7 (m=1 k、2 k或5 k)组装胶束在正常(NIH/3T3)和癌细胞(包括非(Hela)和多药耐药(NCI/ADR-RES)细胞)中的变化。数据表明，聚乙二醇- Fn胶束的吸收可能与细胞类型无关。与PEG1k-F7和PEG5k-F7相比，PEG2k-F7的细胞摄取量略高，这可能是由于亲水性(PEG)和疏水性(氟碳化合物)之间的适当平衡。研究人员还发现，PEG2k-F7胶束在4时的吸收仅为37时的50%左右，这表明吸收过程需要能量，这是能量依赖的网状蛋白介导的内吞作用。这些特性将保护递送的药物不被溶酶体降解，并促进细胞内转运和细胞器靶向。

尽管氟化胶束颗粒显示出增强的细胞摄取，但其细胞内定位模式仍不清楚。研究人员分别对线粒体、内质网和高尔基体进行了染色。与线粒体相比，PEG2k-F7胶束在内质网或高尔基体中的积累量要低得多，PEG2k-F7胶束可以快速内化并优先聚集在线粒体中。

为了研究线粒体的靶向机制，研究人员分别用FITC(绿色)标记了PEG2k、F7和磷脂酰乙醇胺(PE)，并用MitoView633(红色)对线粒体进行了染色。内化后，FITC-聚乙烯广泛分布于细胞质中，无线粒体靶向。相反，FITC-F7主要在线粒体中积累，表明碳氟化合物(F7)主要负责线粒体靶向。FITC-F7 (20.9%)的线粒体积累是FITC-PE(11.1%)的两倍。然而，由于其极端的疏水性，氟碳化合物(Fn)本身并不适合医学。因此，适当长度的聚乙二醇平衡了亲水-疏水比，促进聚合物自组装成核壳胶束负载药物。

研究人员认为，由于PEG-Fn的高疏水性和缺乏正电荷，可以与线粒体疏水结构(如膜磷脂)相互作用，导致线粒体亲和力高。通过比较含有不同类型磷脂的脂质体，发现碳氟化合物与所有测试的磷脂显示出更强的结合亲和力，这并不随其电荷的变化而变化。此外，研究人员已经将维生素E琥珀酸酯(VES)作为具有广泛抗癌活性的模型药物。以10%的负载效率将VES负载到聚乙二醇2k-F7胶束中。载药后，PEG2k-F7胶束的粒径略有增加，而电位略有下降。由于PEG2k-F7胶束的高稳定性，其药物释放速率相对缓慢且稳定。PEG2k-F7胶束显示出较长的血液循环时间，因为PEG和F7都可以减少非特异性生物相互作用，中性带电纳米粒子在血液循环中具有较长的半衰期。

最后，研究人员研究了胶束在体内的抗癌活性。三次注射后，游离VES与生理盐水组相比无明显抗癌活性。注射第14天，与生理盐水组相比，PEG2k-F7/VES胶束抑制75%的肿瘤大小和65%的肿瘤重量，而PEG2k-PE/VES(不含氟碳化合物)胶束仅抑制40%的肿瘤大小和30%的肿瘤重量。

此外，治疗对肝肾功能无明显影响，治疗后重要器官无组织学改变。在切片上，胶束处理组(PEG2k-PE/VES和PEG2k-F7/VES)显示明显的细胞死亡/坏死区，而游离的PEG2k-F7和VES组没有明显的细胞死亡/坏死区。所有这些数据表明，即使在反复静脉注射后，游离PEG2k-F7也是安全的，即使在低VES剂量下，PEG2k-F7胶束也能显著提高VES的抗癌活性，但不显著。(100yiyao.com)