Matter：周民/单体中/陈小元团队开发基于螺旋藻的生物漂浮系统，治疗酒精性胃炎

来源：生物世界 2024-05-07 09:20

该研究以具有特殊结构的可漂浮螺旋藻（SP）为载体，设计了一种网格状载药系统。

近日，浙江大学医学院附属第二医院/爱丁堡联合学院周民教授团队在Cell姊妹刊Matter上发表了题为：Natural floating biosystem for alcohol-induced diseases的研究论文，在口服胃部递送系统的设计上取得新进展。

该研究工作开发了一种基于螺旋藻的新型口服给药递送策略，利用螺旋藻生物漂浮系统负载药物，以提高药物的胃部滞留时间，在保证安全性的同时显着改善药物对胃部疾病的治疗效果，在小鼠急慢性模型及猪大动物模型上取得了良好效果，有望应用于各类胃部疾病的治疗以及需要通过胃部进行吸收的特殊药物递送。

在此之前，各种基于微生物的药物载体（如细菌、血细胞和微藻）因其特殊的生物学功能而引起了广泛的关注。然而，目前对微生物载体应用于胃部给药的研究很少，并且很难进一步转化应用于临床。可能的原因如下:

1）胃排空使这些微生物系统难以在胃中长时间停留，同时酸性环境和蛋白酶可能会迅速破坏它们的生物活性；

2）传统的载药工艺需要将微生物与高浓度的药物长时间培养，可能会影响其活性，特别是对于难溶性药物，可能需要使用到具有毒性的有机溶剂；

3）对微生物进行特殊修饰或多步加工会增加成本，增加生产难度，降低微生物作为天然药物载体的优势。

在适当的条件下，水中的藻类会迅速生长，然后聚集、漂浮，覆盖水面，最终引起 藻华 现象。作为一种微米级的天然漂浮体系，可漂浮微藻成本低，对吞咽困难患者友好，且含有上述多种有益的天然生物成分，有效克服了传统胃漂浮片存在的缺陷，具有很大的应用潜力。藻华的形成得益于细胞外聚合物（EPS）的分泌，它加速了微藻的聚集。这些微藻聚集体与细菌生物膜一样，在水中比自由微藻更好地漂浮，并且有效地保护了其中的微藻。

为了挑战上述困境，周民团队模拟了藻华的形成，利用螺旋藻之间的空间结构进行快速载药，并添加胃酸敏感的果胶铋模拟EPS促进螺旋藻在胃部的聚集。

该研究以具有特殊结构的可漂浮螺旋藻（SP）为载体，设计了一种网格状载药系统。利用重结晶后白藜芦醇（RSV）的长条形结构和螺旋藻的天然长螺旋结构，通过简单的混合即可快速获得基于SP和RSV的复合系统（SP-RSV），该系统不会影响微藻的生物活性，适合规模化生产。通过RSV与SP之间形成的空间网格结构，几乎所有RSV都能均匀分散在SP中，并借助SP的浮力漂浮在胃液中。此外，果胶铋能够与胃部黏蛋白相互作用，在胃酸环境中迅速聚集形成凝胶。果胶铋的结合可以有效延长SP-RSV在胃液中的漂浮时间，同时增加其黏附能力，有助于SP-RSV在胃中长时间潴留，最终在与酒精作用后迅速释放RSV。

在小鼠急性和慢性酒精性损伤模型中，这种基于螺旋藻的生物漂浮系统能够在胃部长时间停留，更好的缓解了酒精引起的胃肠道损伤及酒精肝等症状。除小鼠模型外，我们还在胃肠道与人类更相似的猪模型中评估了该漂浮系统的治疗效果。通过胃镜可以观察到该系统在猪胃部实现了有效的聚集和漂浮，胃部潴留时间大大延长，并在猪酒精性胃炎模型中取得了积极的治疗效果。

浙江大学爱丁堡联合学院周民团队博士生华诗远和浙江大学动物科学学院博士生刘事奇为论文的共同第一作者，浙江大学爱丁堡联合学院周民教授，浙江大学动物科学学院单体中教授和新加坡国立大学杨潞龄医学院/工程学院陈小元教授为论文共同通讯作者。

近年来，周民课题组基于微藻活性生物材料在医学应用领域开展了系列创新性研究。前期，周民团队开展了基于工程化微藻用于（Science Advances 2020; Advanced Functional Materials 2020; Small 2020; ACS Applied Materials Interfaces 2020; Theranostics 2021; View 2021）、感染疾病治疗（Nano Today 2022; Adv. Therapeutics 2020）、胃肠道炎症治疗（ACS Nano 2023; Nature Communications 2022; Science Advances 2021）、脑部疾病治疗（Advanced Materials 2024）等系列研究，并取得了一系列开创性的进展。

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