含有酶的双层聚合物囊泡，表面被红细胞包裹，可作为仿生纳米清除剂，在体内保护生物体免受有毒物质的侵害

《Materials Advances》：Enzyme-containing double layer polymersomes coated by erythrocytes as a biomimetic nanoscavengers for in vivo protection from toxicants

本研究首次合成由红细胞膜碎片包裹的双层聚合物体纳米递送系统，通过脂质融合和低渗肿胀两种方法负载优化古菌磷酸三酯酶（PTE）。体内实验显示，该纳米系统在预处理和治疗后分别使有机磷化合物（如对硝基苯氧基）的LD50提高了15.5倍和9.8倍，药物动力学显示分布半衰期为20分钟，消除半衰期为1小时，证实其高效解毒能力和较长的体内作用时间。

　　这项研究提出了一种创新的策略，旨在开发针对有机磷化合物（OPs）的高效解毒剂。研究人员采用了一种名为“酶负载纳米清除剂技术”的方法，通过将酶封装在具有红细胞膜包裹的双层聚合物囊泡中，从而提高其在体内的稳定性和生物相容性，同时延长其保护作用。这种技术利用了红细胞膜的生物模拟特性，使纳米载体能够更有效地在体内循环，并减少免疫反应带来的副作用。

研究中，首先制备了基于两亲性聚乙二醇-聚硫化物（PEG-PPS）的双层聚合物囊泡。这些囊泡分别采用两种方法进行红细胞膜包裹：脂质融合法和低渗膨胀法（结合高渗溶液和共培养混合）。这两种方法均实现了高封装效率、高载药量以及保持酶活性。所制备的纳米清除剂包括两种类型：一种是红细胞膜包裹的PTE负载囊泡（即“混合伪装的RBC-PTE负载聚合物囊泡”），另一种是PTE负载囊泡被红细胞膜包裹形成的“PTE-聚合物囊泡-RBC微反应器”。这些系统在动物实验中表现出显著的解毒效果，特别是在对有机磷化合物——对氧磷（POX）的处理中。

在实验中，研究人员使用了CD-1小鼠作为模型，通过静脉注射的方式，将PTE-聚合物囊泡-RBC微反应器预先给予小鼠，结果发现其对POX的半数致死量（LD??）相比对照组提升了15.5倍。而在暴露后使用该微反应器进行治疗时，其LD??的提升幅度也达到了9.8倍。这表明，该纳米清除剂在预防和治疗两种模式下均显示出良好的保护效果。进一步的药代动力学研究显示，PTE-聚合物囊泡-RBC微反应器的分布半衰期为20分钟，而消除半衰期则为1小时。这表明，该系统能够在体内维持较长时间的活性，从而提供更持久的保护。

与传统的解毒方法相比，如使用氧化物（oximes）等药物，这些新型纳米清除剂具有明显的优势。氧化物虽被广泛用于有机磷中毒的治疗，但它们通常无法穿透中枢神经系统，且对某些类型的酶-OP复合物无法有效恢复活性。此外，氧化物的递送系统也难以达到预期的治疗效果。相比之下，生物清除剂（如丁酰胆碱酯酶和磷三酯酶）能够快速结合并中和毒物，从而避免其对生物靶点的侵害。然而，生物清除剂存在成本高和免疫反应的问题。为此，研究团队通过将酶封装在纳米结构中，以提高其稳定性和减少免疫反应。

研究中所使用的酶是一种来自古菌Saccharolobus solfataricus的进化多突变磷三酯酶（PTE）。这种酶具有较高的催化效率，并且在封装后仍能保持其活性。通过将PTE封装在双层聚合物囊泡中，研究人员不仅提高了其在体内的稳定性，还通过红细胞膜的包裹增强了其生物相容性。红细胞膜的使用使纳米清除剂能够更长时间地在血液中循环，避免被快速清除，从而提高其在体内的保护效果。

为了评估这些纳米清除剂的性能，研究人员采用了一系列的表征手段，包括动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）等。实验结果显示，PTE负载的纳米囊泡具有较高的封装效率（约94%）和载药量（约16%），并且其大小在160纳米左右，显示出良好的均匀性和稳定性。此外，通过TEM观察，研究人员确认了这些纳米囊泡的球形结构和核心-壳结构，进一步验证了其作为微反应器的可行性。

在体外实验中，研究人员评估了PTE对POX的催化活性。结果表明，封装后的PTE仍能有效催化POX的水解反应，并且其催化参数（如最大反应速率Vmax和米氏常数Km）与未封装的PTE相比略有变化，但总体上仍保持较高的催化效率。这说明，封装并未显著影响酶的活性，反而可能通过纳米结构的限制作用，增强其反应动力学特性。此外，研究人员还通过药代动力学分析，发现封装后的PTE在体内的分布和消除过程具有不同的动力学特征，这可能与红细胞膜的包裹有关。

在体内实验中，研究人员对小鼠进行了POX暴露，并观察了不同处理方式下的生存率和毒性表现。实验结果表明，预先给予PTE-聚合物囊泡-RBC微反应器的小鼠，其LD??值显著提升，显示出良好的预防效果。而在暴露后给予该微反应器的小鼠，其LD??值的提升幅度也较大，说明该系统在治疗方面同样具有应用潜力。值得注意的是，尽管这些纳米清除剂在体内表现出良好的保护效果，但它们仍会引发轻微的细胞应激和炎症反应，这表明在实际应用中仍需进一步优化以减少潜在的副作用。

研究还探讨了纳米清除剂在体内循环和分布的机制。通过对比不同类型的纳米载体（如脂质体、固体脂质纳米颗粒等），研究人员发现，PTE-聚合物囊泡-RBC微反应器在药代动力学表现上优于其他系统，特别是在消除阶段表现出更长的半衰期。这可能是因为红细胞膜的包裹延长了纳米囊泡在体内的滞留时间，使其能够更有效地中和毒物。此外，研究还指出，纳米颗粒的附着可能会影响红细胞的变形性和机械稳定性，从而加速其在体内的清除。因此，未来的优化方向可能包括改善纳米颗粒与红细胞的结合方式，以提高其在体内的稳定性。

本研究的成果为有机磷中毒的治疗提供了新的思路，即通过构建具有红细胞膜的纳米清除剂，实现对毒物的高效中和和保护作用。这种生物模拟纳米结构不仅能够提高酶的稳定性和生物相容性，还能通过延长其在体内的循环时间，提高治疗效果。此外，这种技术还可能应用于其他毒物的解毒，如甲醇、乙二醇等，从而拓展其在毒理学领域的应用范围。

然而，尽管该技术在实验室条件下表现出良好的性能，其在临床应用中的挑战仍然存在。例如，如何确保纳米清除剂在体内的长期稳定性和安全性，如何优化其生物相容性，以及如何大规模生产等，都是需要进一步研究的问题。此外，还需要对纳米清除剂在不同组织中的分布进行更深入的分析，以确保其能够有效到达目标部位并发挥解毒作用。

总的来说，这项研究为开发新型的纳米清除剂提供了重要的理论和实验基础。通过将酶封装在具有红细胞膜的双层聚合物囊泡中，研究人员成功构建了一种能够有效中和有机磷化合物的纳米系统。该系统在体内外均表现出良好的性能，并且在体内具有较长的保护时间，为个性化医疗提供了一种新的可能性。未来的研究可以进一步优化这种纳米系统的性能，探索其在更多毒物解毒中的应用潜力，并推动其向临床转化。