双功能胺改性的铝掺杂MCM-41纳米颗粒：同时实现唑来膦酸吸附与香叶基香叶醇释放，用于预防药物相关性颌骨坏死

《ACS Materials Au》：Dual-Functional Amine-Modified Aluminum-Doped MCM-41 Nanoparticles for Concurrent Zoledronic Acid Adsorption and Geranylgeraniol Delivery for Prevention of Medication-Related Osteonecrosis of the Jaw

本研究成功开发了双功能纳米材料N–Al-MCM-41，通过铝掺杂和胺修饰实现ZA高效吸附（30%）与GGOH缓释（总释放率68.75%），并验证其逆转ZA诱导的细胞毒性和代谢抑制的疗效。热重分析和HPLC分析表明，GGOH在NAM中负载效率达12.48%，并符合Higuchi模型扩散机制（R2=0.9868）。细胞实验证实20G-NAM在100-300 μg/mL浓度下完全逆转ZA导致的RAW264.7细胞凋亡（ viability恢复至98%）和代谢抑制（ resazurin活性恢复至对照组水平），且溶血指数<0.5%。该材料为预防药物相关颌骨坏死（MRONJ）提供了新型纳米递送系统。

　　本研究旨在开发一种具有双重功能的纳米材料，该材料能够同时吸附双膦酸盐药物佐莫德ronic酸（ZA）并释放具有细胞保护作用的Geranylgeraniol（GGOH），从而逆转ZA引起的细胞毒性。通过将铝掺杂到介孔二氧化硅纳米材料（Al-MCM-41，简称为AM）中，并对其进行氨基功能化处理，得到了一种兼具氨基和铝元素的纳米材料（NAM），这不仅增强了纳米颗粒对GGOH的吸附能力，还使其具备持续释放GGOH的能力。研究结果表明，这种新型纳米材料在药物吸附与释放方面表现出良好的性能，为预防药物相关性颌骨坏死（MRONJ）提供了潜在的治疗策略。

MRONJ是一种由长期使用高剂量抗吸收药物如ZA引发的严重副作用，其特征是疼痛和暴露性坏死骨组织。由于缺乏明确的临床实践指南，目前的标准支持性护理仍是主要的治疗方法。然而，这种方法的成本较高，且部分患者在治疗后仍会持续表现出症状。因此，开发能够有效减少ZA生物可用性的预防策略至关重要。研究发现，GGOH在细胞内可以转化为Geranylgeranyl pyrophosphate（GGPP），而GGPP对于破骨细胞的存活和功能至关重要。通过在纳米材料中同时实现ZA的吸附和GGOH的释放，可以更有效地保护骨细胞免受ZA的毒性影响。

在本研究中，采用了一种新型的纳米载体平台，其能够同时实现ZA的吸附和GGOH的可控释放，从而提高对细胞毒性的保护指数。通过将AM纳米材料进行氨基功能化处理，得到了NAM纳米材料，该材料在GGOH的负载和释放方面表现优异。实验结果显示，NAM纳米材料对GGOH的负载效率高达12.48%，并且能够在超过10天的时间内实现GGOH的持续释放。这种释放模式与Higuchi模型高度吻合，表明GGOH的释放主要受扩散机制控制。虽然AM纳米材料对ZA的吸附效率极高（超过95%），但NAM纳米材料仍然保留了约30%的ZA吸附能力，这表明其在吸附ZA的同时仍具备良好的GGOH释放性能。

为了进一步验证NAM纳米材料的细胞保护能力，研究团队在RAW 264.7小鼠单核细胞中进行了体外实验。结果表明，GGOH负载的NAM纳米材料对细胞没有明显的毒性作用，并且能够完全逆转ZA引起的细胞毒性及代谢损伤。此外，该材料的溶血活性极低（<0.5%），表明其在生物相容性方面具有显著优势。这些结果为NAM纳米材料在预防MRONJ方面的临床应用奠定了良好的基础。

在纳米材料的制备过程中，首先使用CTAB作为模板剂，在碱性条件下合成AM纳米材料。随后，通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对AM纳米材料进行氨基功能化处理，生成NAM纳米材料。这种功能化过程不仅增强了纳米材料的表面疏水性，还提高了其对GGOH的吸附能力。通过X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附（BET）和动态光散射（DLS）等技术对NAM纳米材料进行了综合表征，结果表明其保留了良好的有序六方结构，且表面性质和尺寸分布均有所改善。这些变化有助于减少纳米颗粒的聚集，提高其在体内的分散性和生物相容性。

为了评估GGOH在NAM纳米材料中的负载和释放效率，研究团队采用了热重分析（TGA）和高效液相色谱（HPLC）两种方法。TGA结果显示，NAM纳米材料在不同温度范围内具有显著的GGOH负载能力，其中20G-NAM的负载效率为12.48%，远高于未功能化的AM纳米材料（3.04%）。HPLC分析进一步确认了NAM纳米材料在10天内能够持续释放GGOH，释放曲线与Higuchi模型高度吻合，表明其释放机制主要为扩散控制。此外，20G-NAM在10天内的总释放量约为1715.3 μg，而0.5G-NAM的总释放量仅为65.9 μg，说明GGOH的负载量显著影响其释放效率。

为了评估NAM纳米材料对ZA的吸附能力，研究团队在不同时间点对纳米材料进行了测试。结果显示，AM纳米材料对ZA的吸附效率极高，达到95%以上，而NAM纳米材料的吸附效率约为30%。尽管NAM纳米材料的吸附能力不如AM，但其在GGOH的负载和释放方面表现出更优异的性能。这一发现表明，NAM纳米材料在同时实现ZA吸附和GGOH释放方面具有独特的优势，能够有效降低细胞暴露于高浓度ZA的毒性风险。

在细胞实验中，NAM纳米材料被证实具有良好的生物相容性。研究团队通过共聚焦激光扫描显微镜和Resazurin实验评估了NAM纳米材料对RAW 264.7细胞的毒性影响。结果表明，NAM纳米材料在100–300 μg/mL浓度范围内对细胞无显著毒性，并且能够逆转ZA引起的细胞毒性及代谢损伤。这些结果表明，NAM纳米材料在细胞保护方面表现出良好的性能，为预防MRONJ提供了新的思路。

为了进一步探究NAM纳米材料对细胞凋亡的抑制效果，研究团队使用流式细胞术分析了不同浓度的NAM纳米材料对细胞凋亡的影响。结果显示，NAM纳米材料在100 μg/mL浓度下能够显著减少早期和晚期凋亡的比例，而在200 μg/mL浓度下，细胞凋亡率几乎恢复至未处理对照组的水平。这表明NAM纳米材料在预防ZA诱导的细胞凋亡方面具有良好的效果。此外，实验结果还显示，NAM纳米材料在高浓度下对细胞的存活率略有影响，但并未显著降低代谢活性，说明其在细胞保护方面具有一定的安全边际。

研究团队还评估了NAM纳米材料对红细胞的溶血活性。采用一种改良的3D凝血全血模型，测试了不同浓度的NAM纳米材料对红细胞的影响。结果显示，NAM纳米材料在2000 μg/mL浓度下仍表现出极低的溶血活性（<0.5%），表明其在生物相容性方面具有显著优势。这一发现对于纳米材料在生物医学领域的应用具有重要意义，因为溶血活性是评估其安全性的关键指标之一。

在细胞毒性评估中，研究团队发现GGOH在较高浓度下（如80 μM或以上）会对破骨细胞前体产生毒性作用。因此，为了实现有效的细胞保护，需要在GGOH和ZA的浓度之间找到最佳比例。研究结果表明，NAM纳米材料能够以较低的GGOH释放量实现对ZA诱导的细胞毒性的完全逆转，这表明其在细胞保护方面具有较高的效率。同时，研究还指出，GGOH的释放量与纳米材料的吸附能力之间存在一定的平衡关系，需要进一步优化以提高其整体治疗效果。

综上所述，本研究开发了一种新型的双重功能纳米材料，能够同时吸附ZA并释放GGOH，从而有效预防MRONJ。NAM纳米材料在GGOH的负载和释放方面表现出优异的性能，且在细胞保护和生物相容性方面具有显著优势。这些结果不仅为MRONJ的预防提供了新的治疗策略，也为未来在体内应用纳米材料提供了重要的基础。此外，该研究还强调了进一步探索纳米材料在细胞内吞和细胞内命运方面的必要性，以更全面地理解其在生物体内的作用机制和临床转化潜力。