揭示基于PNS-CNS-on-Chip平台的神经元靶向树突复合体在siRNA递送方面的潜力

《Journal of Controlled Release》：Unveiling the potential of neuron-targeted dendriplexes for siRNA delivery using a PNS-CNS-on-Chip

靶向神经系统的全生物降解树突状纳米颗粒递送系统研究及其在轴突再生与跨系统迁移中的应用

　　神经系统的疾病是全球死亡和残疾的主要原因之一，涵盖了周围神经系统（PNS）和中枢神经系统（CNS）的各种病症。在这些疾病中，轴突再生能力的限制是一个关键挑战，通常与如PTEN等抑制性蛋白有关。PTEN通过抑制轴突生长和诱导生长锥塌陷，严重阻碍了神经修复，因此成为治疗干预的重要靶点。RNA治疗，特别是siRNA，提供了一种精准的基因沉默手段，但其临床应用受到稳定性差和细胞摄取效率低等限制。因此，开发一种新型的、完全可生物降解的、靶向神经元的纳米载体，以提高siRNA的传递效率，成为解决这一问题的关键。

本研究通过设计和开发一种基于fbB（苯基氨基化聚乙二醇-没食子酸三乙二醇酯）的可生物降解的树枝状纳米颗粒，成功克服了传统纳米颗粒在生物相容性、细胞摄取效率、靶向性和生物毒性方面的局限。这些纳米颗粒通过在表面连接四联球菌毒素（TeNT）重链的C端片段（非毒性），实现了对神经元的精准靶向和细胞内化。我们证明了这些靶向的树枝状纳米复合物不仅在神经元培养中表现出良好的生物相容性和高效的siRNA传递，还在微流控模型中显著增强了轴突生长。在一项突破性的PNS-CNS-on-Chip实验中，这些纳米颗粒展现了从PNS向CNS神经元迁移的有效性，突显了其通过微创途径进行靶向治疗的潜力。该研究开创性地利用微流控技术来展示树枝状纳米颗粒对CNS的靶向性，为纳米医学领域创新治疗策略奠定了基础。

研究团队通过多种方法评估了这些纳米颗粒的性能，包括细胞结合、细胞内化、基因沉默效率、生物相容性、细胞电活动以及在微流控平台上的轴突生长和跨神经元迁移能力。在细胞层面，团队利用流式细胞术和原子力显微镜（AFM）评估了纳米颗粒对神经元的特异性。结果表明，靶向的纳米颗粒在神经元细胞中表现出显著的结合能力，与非神经元细胞相比，其荧光信号强度明显更高。此外，通过微流控系统，团队模拟了PNS和CNS神经元的复杂接口，成功展示了纳米颗粒从PNS向CNS迁移的能力，这一发现具有重要的临床意义。

在生物相容性方面，研究团队利用乳酸脱氢酶（LDH）测定、Resazurin代谢活性检测和Caspase-3活性测定，评估了纳米颗粒对神经元的影响。结果显示，无论是靶向还是非靶向纳米颗粒，对神经元细胞膜的破坏程度都极低，表明其具有良好的生物相容性。在长期暴露下，纳米颗粒不会引发细胞凋亡，且维持了神经元的代谢活性。此外，通过测量神经元的电活动，团队确认了纳米颗粒对神经元的电生理功能无影响，这进一步证明了其安全性。

为了评估纳米颗粒对轴突生长的影响，团队利用微流控平台，将纳米颗粒添加到轴突末端的培养室中，观察其在轴突中的迁移和细胞内化。结果表明，靶向纳米颗粒能够显著促进轴突生长，其轴突分支复杂度和长度均显著增加。在CNS神经元中，靶向纳米颗粒表现出更高的迁移速度和更少的停顿时间，这可能是由于其表面连接的TeNT HC片段增强了与微管运动蛋白的相互作用。此外，纳米颗粒在微流控系统中的迁移速度和方向与实际神经元的轴突运输机制相符，进一步验证了其在体外模型中的功能特性。

研究团队还通过微流控系统模拟了PNS-CNS之间的跨神经元运输。结果表明，只有靶向纳米颗粒能够从PNS迁移至CNS神经元，这为纳米颗粒在神经系统疾病治疗中的广泛应用提供了依据。这一发现特别重要，因为传统纳米颗粒往往无法穿越血脑屏障，限制了其在CNS疾病治疗中的应用。而靶向纳米颗粒则突破了这一障碍，展示了其在复杂神经网络中的潜力。

本研究不仅验证了纳米颗粒在细胞和微流控模型中的有效性，还通过生物相容性测试和电生理分析，确认了其安全性。这些纳米颗粒在多种神经元模型中均表现出良好的性能，包括在微流控平台中维持稳定的轴突生长和跨神经元迁移能力。此外，纳米颗粒的可生物降解特性使其在长期应用中具有显著的优势，减少了潜在的生物毒性风险。

总的来说，这项研究通过开发一种新型的、完全可生物降解的、靶向神经元的纳米载体，显著提高了siRNA在神经元中的传递效率和生物活性。其在PNS和CNS神经元中的应用潜力得到了充分验证，特别是在促进轴突生长和跨神经元迁移方面。这些成果不仅为RNA干扰治疗在神经系统疾病中的应用提供了新的思路，也为纳米医学领域的发展带来了重要的突破。未来的研究将进一步验证这些纳米颗粒在体内的分布和治疗效果，以推动其在临床应用中的转化。