具有不同器官选择性的糖蕚-模拟纳米颗粒用于药物递送和治疗-上海纳孚生物科技有限公司

分享一篇发表在Advanced Materials上的文章，标题为“Glycocalyx-Mimicking Nanoparticles with Differential Organ Selectivity for Drug Delivery and Therapy”。文章的通讯作者是来自韩国科学技术院（KAIST）的Sangyong Jon和Hee-Seung Lee教授，Sangyong Jon教授主要研究方向为生物医学、生物技术、生物材料、纳米医学等交叉领域，主要的研究重点是生物医学在疾病诊断和治疗方面的应用，如纳米药物抗癌抗炎治疗、用于癌症和传染病的纳米疫苗和肿瘤干细胞等。Hee-Seung Lee教授主要研究方向为合成新的可以模拟生物聚合物结构和功能的非天然低聚物，如肽和核酸。

器官选择性药物递送有望最大限度地提高各种治疗方式的疗效，同时最大限度地降低其全身毒性。脂质纳米颗粒和聚合体可以指导mRNA或基因编辑机制的器官选择性递送，但它们的递送主要局限于肝脏、脾脏和肺。迫切需要一个能够向这些及其他靶器官递送的平台。

糖萼作为一种细胞的碳水化合物外壳，对许多生物过程至关重要，糖萼中的异质糖部分可以被另一细胞的受体、凝集素或糖萼多价识别。糖萼单糖部分的类型、组成和空间排列可能决定了其对靶细胞的结合亲和力和选择性。基于此，作者开发了一个由五个随机组合的糖模块组成的糖基模拟纳米颗粒库（GlyNPs），用于筛选和识别具有所需组织或细胞趋向性的GlyNP。并使用直接体内文库筛选来鉴定在肝脏、脾脏、肺、肾脏、心脏和大脑中具有优先生物分布的 GlyNP。每个器官靶向 GlyNP 都显示器官内的细胞趋向性。肝脏、肾脏和脾脏靶向GlyNP靶向药物可有效缓解乙酰氨基酚诱导的肝损伤、顺铂诱导的肾损伤和免疫性血小板减少症的症状。此外，GlyNP 的差异器官靶向不受蛋白冠的影响，而是受其表面糖部分的影响。基于GlyNP的平台有望实现治疗药物的器官和细胞靶向递送。

图1. 整体工作流程示意图

为构建GlyNP库，作者将哺乳动物中最丰富的五种糖的甲基丙烯酸酰胺形式（Glc_β/A、Gal_β/B、 Man_α/C、GlcNAc_β/ D、GalNAc_β/E）与2-氨基乙基甲基丙烯酸酯（AMA）和甲基丙烯酸（MAA）通过可逆加成-碎裂链转移（RAFT）随机共聚获得 31 种糖聚合物以构建GlyNP库（图1）。每种GlyNP都与疏水性近红外染料Cy7.5连接，生成荧光GlyNP_（Cy7.5）文库用于体内生物分布筛选（图1，2a）。对31个GlyNPs_（Cy7.5）的紫外-可见光谱和动态光散射分析证实染料偶联（图2b），自组装纳米颗粒的流体动力直径为≈4 - 20 nm，zeta电位几乎为0（图2c-e）。

图2. 近红外荧光GlyNP文库构建和生物分布的体内筛选

完成GlyNP和GlyNPs_（Cy7.5）库构建后，作者研究了GlyNPs上展示的不同糖基组合是否会导致它们在不同器官上的生物分布。实验结果发现GlyNP^B和GlyNP^AB在肝脏中高度积累（图2f，i）。GlyNP^AD和GlyNP^ACD为高肾靶向，与低靶向候选物相比，肾脏积累水平至少高出5倍（图2g，j）。GlyNP^C和GlyNP^AC为高脾脏靶向（图2h，k）。体内器官生物分布研究结果表明，GlyNP上糖部分的组合表面展示决定了它们的器官靶向能力，并且GlyNP文库可用于设计识别器官靶向纳米颗粒。

图3. 肝脏、肾脏和脾脏靶向 GlyNP 的细胞趋向性

高器官靶向GlyNP是否可以靶向其靶器官内的特定细胞类型，作者在感兴趣的器官中比较了表现出最高和最低积累的GlyNP的细胞趋向性（图3a）。小鼠注射GlyNP 3小时后分离靶器官的相关细胞类型流式细胞术分析，结果表明与低靶向的GlyNP^AC相比，高肝靶向的GlyNP^AB显示出更高的肝细胞靶向水平。然而在Kupffer细胞和肝窦内皮细胞中却表现出相反的趋势。 Kupffer 细胞和 LSEC 通常被视为肝细胞靶向药物递送的障碍，因此 GlyNP^AB的肝脏和肝细胞靶向表明它可能对肝脏相关疾病的药物递送和治疗更有效（图3b，c）。

高肾靶向GlyNP^ACD对肾小管上皮细胞和白细胞的摄取显著高于低靶向GlyNP^AB（图3d，e），而两种GlyNP均显示肾内皮细胞的低水平摄取。两组间的排尿率无明显差异，表明表明 GlyNP^ACD 的肾脏靶向分布不是由大小依赖性肾清除介导的，而是由纳米颗粒中的糖组分介导的。

与低靶向的GlyNP^E相比，高脾靶向的GlyNP^AC被巨噬细胞具有更高的摄取。尽管B细胞和T细胞在脾脏中含量丰富，但这两种GlyNPs对这些细胞的摄取较低，这表明GlyNP^AC对脾脏巨噬细胞具有选择性。综上所述，GlyNPs上组合展示的糖部分决定了它们与靶器官中特定细胞类型的相互作用，赋予了纳米颗粒器官靶向能力。

图4. 肝靶向GlyNP^AB_(BR)靶向治疗APAP诱导的肝损伤

在证实了肝脏靶向GlyNP^AB的肝细胞靶向能力后，作者进一步研究了其在肝脏疾病模型中靶向药物传递和治疗的潜在用途。在乙酰氨基酚（APAP）诱导的肝损伤模型下，高肝靶向GlyNP^AB和GlyNP^B比非靶向GlyNP^AC表现出更高水平的肝脏积累（图4a

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