两性离子表面修饰对脂质纳米载体 mucus 扩散与细胞膜渗透性的影响机制研究

本研究系统评估了六种两性离子表面活性剂（ZS）对脂质纳米乳剂（NE）性能的影响。为解决黏膜给药中 mucus 屏障和吸收效率低下的难题，研究人员通过标准化配方制备了不同 ZS 修饰的 NE，并深入分析了其物理稳定性、细胞毒性、 mucus 扩散能力及细胞摄取行为。结果表明，cocamidopropyl hydroxysultaine（CHS）修饰的纳米载体在 mucus 中扩散能力最佳且细胞摄取率高，而 n-dodecylphosphocholine（MAP）基 NE 则表现出优异的稳定性与低毒性。该研究为设计高效黏膜给药系统提供了关键理论依据。

　　

在药物递送领域，黏膜给药因其无创性和患者依从性高而备受关注，然而黏膜表面的 mucus 屏障和复杂生理环境严重限制了药物的吸收效率。 mucus 是由黏蛋白构成的致密网状结构，能捕获药物颗粒并阻碍其渗透，加之胃肠道等部位的苛刻化学环境（如低 pH 值和酶解作用），常常导致递送系统在吸收前就失去完整性。传统聚乙二醇（PEG）修饰虽能改善纳米载体的循环时间，但易产生过氧化物并引发免疫反应，且其细胞摄取效率较低。近年来，受细胞膜和病毒表面两性离子特性的启发，研究人员开始探索两性离子表面修饰策略。这类修饰能形成致密水合层，减少与生物介质的非特异性相互作用，并显示出优于 PEG 的 mucus 渗透能力和细胞膜穿透性。然而，不同两性离子表面活性剂（ZS）在化学结构、电荷分布及亲疏水平衡上存在显著差异，这些因素如何影响纳米载体的性能尚不明确。

为此，由 Antonio Spennacchio 和 Luca Maurice Richter 共同领导的研究团队在《Drug Delivery and Translational Research》上发表了一项系统研究，探讨了六种 ZS 的结构差异对脂质纳米乳剂（NE）性能的影响。研究通过标准化配方控制变量，重点评估了 phosphorylcholine（MAP）、cocamidopropyl hydroxysultaine（CHS）、lauryldimethylamine oxide（DOX）及 lauryl betaine（LDA）等修饰的 NE 在稳定性、毒性、 mucus 扩散及细胞摄取等方面的表现。

研究采用的关键技术方法包括：通过超声乳化或自乳化法制备 NE，并利用动态光散射技术表征其粒径、多分散指数（PDI）和 zeta 电位；通过旋转柱塞法结合荧光标记（Lumogen? F Red 305）评估 mucus 渗透深度；采用溶血实验和 resazurin 法分别测定红细胞毒性和 Caco-2 细胞毒性；借助流式细胞术和荧光显微镜观察细胞摄取行为；并在模拟空腹肠液（FaSSIF）、模拟空腹胃液（FaSSGF）、黏液溶液和牛血清白蛋白（BSA）溶液中系统测试了制剂的稳定性。所用黏液来源于猪肠道并经纯化处理。

稳定性研究

结果显示，MAP 基 NE 在所有生物相关介质中均保持卓越的稳定性，其磷酸胆碱头基能通过强水合作用减少蛋白吸附和胆汁盐竞争，从而维持界面完整性。CHS 基自乳化系统（CHS3、CHS4）在中性 pH 下稳定性良好，但在酸性条件及 mucus 中易聚集。DOX 和 LDA 基 NE 的稳定性高度依赖共溶剂选择，乙醇体系优于 Transcutol? HP（TSC）体系。尤其在 FaSSIF 中，胆汁盐和磷脂的竞争吸附导致 CHS、DOX 和 LDA 基 NE 出现明显粒径增长和 PDI 升高。

Mucus 扩散

通过旋转柱塞渗透实验发现，CHS3 和 DOX2 修饰的 NE 在 mucus 前两段渗透深度最高，其表面磺酸基团形成的负电荷及厚水合层有效减少了与黏蛋白网络的静电和疏水相互作用。相反，MAP 基 NE 因磷酸胆碱与黏蛋白的直接相互作用而滞留于 mucus 表层；LDA 则因羧基可形成氢键且水合层较薄，渗透能力有限。

溶血性评估

CHS 基 NE 显示出浓度和时间依赖的强溶血活性（4 小时达 80-100%），归因于其季铵基团与红细胞膜的强烈相互作用。MAP 基 NE 因类似磷脂的头基结构而呈现中度溶血。DOX 基 NE 溶血率最低，尤其在低浓度下（0.01% v/v）几乎无溶血，这与其中性极性头基的特性相符。

细胞毒性及摄取研究

在 Caco-2 细胞模型中，0.01% v/v 浓度下所有制剂均无显著毒性（存活率 >80%）。流式细胞术显示 CHS4 修饰的 NE 细胞摄取率近 100%，DOX2 和 LDA2 也表现出较高内化率。荧光显微镜证实 CHS 和 DOX 基 NE 主要位于胞内，而 MAP 基 NE 多附着于细胞膜表面，仅少量通过膜整合作用进入细胞。值得注意的是，共聚焦显微镜发现 MAP 基 NE 在胞内呈点状聚集，提示其可能通过膜循环机制缓慢内化。

本研究揭示了两性离子表面活性剂的分子结构对纳米载体性能的显著影响：MAP 修饰赋予系统高稳定性和低毒性，适用于黏膜表面靶向递送；CHS 基 NE 虽在 mucus 渗透和细胞摄取方面表现优异，但稳定性和溶血性问题限制其全身应用；DOX 和 LDA 基 NE 则各有优缺点，如 DOX 的低溶血性和 LDA 的低毒性，但均存在稳定性不足或渗透能力有限的问题。研究强调，未来需通过理性设计或组合策略优化 ZS 结构，以兼顾稳定性、安全性和递送效率。该工作不仅为两性离子修饰纳米载体的开发提供了深入见解，也推动了黏膜给药系统向临床转化迈出关键一步。