通过微针增强多响应性和可调控尺寸的纳米颗粒在细胞内的输送,以实现针对银屑病的精准治疗

《Journal of Controlled Release》:Enhanced intracellular delivery of multi-responsive and size-switchable nanoparticles via microneedles for targeted psoriasis therapy

【字体: 时间:2025年11月21日 来源:Journal of Controlled Release 11.5

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  银屑病角质细胞因高增殖和ROS堆积导致治疗困难,本研究开发微针递送平台,利用苯氧硼烷基团构建pH和ROS双响应纳米颗粒(HPD6,196 nm),在酸性、高ROS环境中自组装为26 nm颗粒,靶向CD44递送DMTX复合物(多巴胺-甲氨蝶呤),显著抑制角质细胞增殖、降低炎症和T细胞浸润,实现长效皮肤保留和治疗效果提升。

  
杜航比 | 阮庚 | 王辉 | 孙晓毅 | 杜宏耀 | 陶娟 | 刘一静 | 朱金涛
中国华中科技大学化学与化学工程学院生物无机化学与药物材料湖北省重点实验室,生物材料与医用防护材料湖北省研究中心,武汉 430074

摘要

由于角质形成细胞具有高度增殖性且富含活性氧(ROS),细胞内药物递送不足,这阻碍了银屑病的有效治疗。这一挑战主要源于皮肤滞留和高效细胞摄取之间的尺寸要求相互冲突。我们开发了一种微针介导的递送平台,使用多响应性、靶向角质形成细胞、动态尺寸可变的纳米粒子(NPs)来治疗银屑病。首先,我们设计了一种多巴胺-甲氨蝶呤(DMTX)结合物,兼具清除ROS和抗增殖活性。通过用苯硼酸衍生物选择性修饰透明质酸,并利用硼-氮配位作用,我们制备了响应性的HPD6纳米粒子(约196纳米)。这些纳米粒子通过靶向CD44在银屑病斑块的微酸性、富含H?O?的环境中释放DMTX,形成更小的纳米粒子(约26纳米),从而促进细胞内递送。微针辅助的HPD6纳米粒子给药在银屑病模型中表现出持久的皮肤滞留,并显著减轻了表皮增厚、炎症和T细胞浸润。这种综合方法代表了治疗皮肤疾病的经皮治疗策略的重大进展。

引言

有效的细胞内递送是解决许多皮肤炎症性疾病的关键,需要具有适当药物组合、高药物载量、高效药物释放和靶向特性的药物载体。银屑病是一种常见的慢性炎症性皮肤病,影响着全球2-3%的人口[[1], [2], [3]]。其特征是皮肤增厚和脱屑,这是由于角质形成细胞过度增殖产生过多活性氧(ROS)所致,进而导致表皮增厚和炎症[4]。由于二氢叶酸还原酶(DHFR)位于细胞质中,而线粒体是主要的ROS来源,因此治疗效果最终取决于同时将抗增殖剂(例如甲氨蝶呤,MTX)和ROS清除剂递送到角质形成细胞内[[5], [6], [7]]。然而,系统性疗法(如口服MTX)缺乏ROS清除作用,并受肝毒性的限制,导致表皮积累不足[8,9]。因此,开发一种针对角质形成细胞的联合疗法,同时具有抗增殖和ROS清除效果,对于银屑病的治疗至关重要。
微针(MN)技术可以有效地绕过角质层,将药物直接递送到银屑病斑块中,从而无痛且方便地减少全身暴露带来的毒性副作用[[10], [11], [12], [13], [14]]。然而,开发兼具长期皮肤滞留和高效细胞内摄取特性的药物是一个挑战,因为存在最佳粒子尺寸的困境。具体来说,较小的纳米粒子有利于细胞摄取,但会被快速清除;而较大的纳米粒子虽然滞留时间较长,但细胞内渗透性较差[15,16]。这种未满足的需求推动了开发具有可调尺寸特性的动态递送系统的目标。
硼酸酯键对于银屑病治疗特别有益,因为它们可以在轻微酸性和高过氧化氢(H?O?)水平下分解,而这些条件在银屑病病变中普遍存在[[17], [18], [19], [20]]。传统的苯硼酸酯在生理pH下会快速水解,导致药物载量效率低和货物过早泄漏,从而影响皮肤滞留[21,22]。提高苯硼酸酯稳定性的策略包括引入吸电子基团(例如F、N)、使用空间较大的环状二醇(如pinacol)进行屏蔽,以及促进分子内螯合作用[23,24]。其中,苯并硼杂环链接剂将硼(B)原子嵌入五元O→B环中,提供了出色的水解稳定性,同时保持对轻微酸性和ROS水平的敏感性[25,26]。此外,我们最近的研究表明,使用N→B配位可以平衡药物载量和释放[27]。然而,暂时的外部N→B配位是否能够预激活螯合的硼,加速硼酸酯的形成并改善基于苯并硼杂环的药物递送系统的药物载量和响应性释放,仍有待探索。
我们提出了一种靶向角质形成细胞的微针递送平台,该平台利用通过苯并硼杂环连接的硼酸酯和辅助的N→B配位工程化的多响应性、尺寸可变纳米粒子(NPs),实现响应性载荷释放和精确调节角质形成细胞活性,用于银屑病治疗(图1)。具体来说,我们合成了多巴胺-甲氨蝶呤(DMTX)结合物,使其具有清除ROS和抗增殖的双重活性。为了提高DMTX的载量,我们使用不同的苯硼酸(PBA)衍生物修饰透明质酸(HA)制备了三种纳米粒子:3-氨基苯硼酸(APBA)、3-氨基甲基苯硼酸(AMPBA)和6-氨基-1-羟基-2,1-苯并硼杂环烷(AHBA)。其中,HA-AHBA-DMTX(HPD3)显示出更高的药物载量能力。随后,我们将月桂胺(LA)与HA-AHBA结合,进一步提高了药物载量,制备出约196纳米的HPD6纳米粒子。这些靶向CD44的纳米粒子对H?O?和银屑病病变典型的酸性pH作出反应,在原位释放DMTX并形成更小的纳米粒子(约26纳米),从而增强了对角质形成细胞的抗增殖效果,并显著减少了细胞因子(如TNF-α)的分泌。微针辅助的HPD6纳米粒子给药在银屑病模型中表现出持久的皮肤滞留,并显著减轻了表皮增厚、炎症和T细胞浸润。这种方法通过工程化纳米粒子的分子设计,实现了与材料-生物界面的更好整合,从而改善了银屑病的治疗效果。

部分摘录

提高HPD纳米粒子的药物载量和响应性释放特性

首先,制备了具有抗增殖和ROS清除特性的DMTX。将多巴胺与MTX结合可以实现多个目标,包括赋予MTX直接的ROS清除能力,促进基于硼酸酯的纳米粒子的形成,并通过增加MTX的疏水性来促进其组装。多巴胺与MTX结合,其结构通过1H NMR和质谱(MS)得到确认(图S1-S3)[28]。我们假设

结论

总之,我们开发了一种靶向角质形成细胞的微针递送平台,该平台利用通过苯并硼杂环连接的硼酸酯和辅助的N→B配位工程化的多响应性、尺寸可变纳米粒子,实现响应性载荷释放和高效调节角质形成细胞活性,用于治疗银屑病。我们制备了DMTX,它结合了MTX的抗增殖特性和多巴胺的ROS清除特性。

作者贡献声明

杜航比:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,可视化,验证,项目管理,方法学,研究,形式分析,数据管理。阮庚:方法学。王辉:方法学。孙晓毅:方法学。杜宏耀:撰写 – 审稿与编辑。陶娟:撰写 – 审稿与编辑。刘一静:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,监督,资源管理,项目管理,资金获取,概念化。朱金涛:撰写

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(编号:52373138)、深圳市科技计划(编号:GJHZ20240218114707015)以及生物无机化学与药物材料湖北省重点实验室启动资金(编号:BCMM202301)的财政支持。我们还要感谢华中科技大学生命科学研究中心和实验化学中心在设施支持方面的帮助。
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