壳聚糖在调节固体脂质纳米粒子的物理化学和生物行为中的作用

《International Journal of Cardiology Congenital Heart Disease》：The role of chitosan in modulating physicochemical and biological behavior of solid lipid nanoparticles

本研究制备了三种不同壳聚糖结合方式的环孢素A负载固体脂质纳米颗粒（SLN），通过物理化学表征和生物学实验，发现壳聚糖的存在显著增加粒子尺寸、zeta电位及表面正电荷，改善纳米颗粒与黏液层的静电相互作用和黏膜吸附性。热力学分析表明壳聚糖通过改变脂质排列影响纳米颗粒结构。细胞实验显示CH-SLN（热均质结合）在促进巨噬细胞摄取和保持细胞完整性方面优于其他组。结论：CH-SLN通过增强黏膜相互作用和细胞摄取，为口服难溶性药物递送提供了有效平台。

　　
壳聚糖作为阳离子多糖在药物递送系统中的应用及其对固体脂质纳米颗粒（SLN）性能的影响是当前纳米药物载体研究的重要方向。本研究以环孢素A（CsA）为模型药物，通过对比未修饰SLN、热均质结合壳聚糖（CH-SLN）和后期表面包覆壳聚糖（CH-c-SLN）三种体系，系统探究了壳聚糖结合方式对SLN理化性质及生物学功能的调控机制。研究采用多维度表征技术，结合体外细胞模型和粘液相互作用实验，揭示了壳聚糖与脂质基体的协同作用机制。

在纳米颗粒制备工艺方面，研究创新性地采用两种壳聚糖结合策略：一种是将壳聚糖溶液直接引入脂质熔融阶段参与乳化过程（CH-SLN），另一种是在脂质固化后进行表面包覆处理（CH-c-SLN）。通过透射电镜（TEM）观察发现，未修饰的SLN呈现均匀球形结构（粒径约140-185 nm），而CH-SLN和CH-c-SLN均出现粒径增大趋势（200-300 nm），且后者表面可见明显的壳聚糖包裹层。这种形态差异直接影响颗粒的表面电荷特性——CH-SLN的zeta电位达到+25 mV，显著高于CH-c-SLN的+17 mV和未修饰组的+5 mV，表明壳聚糖的均匀分散对表面电荷分布具有决定性影响。

药物包封效率实验显示，所有体系均保持85%-92%的包封率，7.2%-7.6%的载药量，证实了CsA与脂质基体的强相互作用。稳定性研究表明，在4℃冷藏条件下，所有参数（粒径、PDI、电位、包封率）均保持稳定，30天后无显著变化，这为口服给药提供了理化稳定性保障。

结构表征方面，同步辐射X射线散射（SAXS/WAXS）技术揭示了壳聚糖对脂质基体排列的调控作用。WAXS图谱显示，Compritol? 888 ATO的亚α型脂质堆积在加入CsA后仍保持特征衍射峰（q=15-16.5 nm?1），但引入壳聚糖后，在低q区域（0.07-5 nm?1）出现散射强度衰减，表明壳聚糖链通过静电作用与脂质基体形成协同结构。DSC热分析显示，壳聚糖的加入使脂质熔融峰向高温偏移（CH-SLN达70℃），冷却过程出现更复杂结晶行为，说明壳聚糖可能通过氢键和离子相互作用影响脂质相变行为。

粘液相互作用研究采用等温滴定热分析（ITC）和同步辐射表征，证实壳聚糖的阳离子特性显著增强粘附性能。CH-SLN与粘液的结合常数（Kd）达到1.8×10?? M，较未修饰组降低约3个数量级，热力学参数显示ΔG为-12.3 kcal/mol（CH-SLN）和-9.8 kcal/mol（CH-c-SLN），表明强相互作用且过程自发。X射线散射显示，壳聚糖与粘液结合后形成聚集体，其SAXS图谱在低q区域（0.2-0.5 nm?1）出现特征散射峰，与纯壳聚糖溶液（q=0.4 nm?1）的静电排斥特征吻合。

细胞实验表明，壳聚糖结合显著增强巨噬细胞摄取效率。CH-SLN组在3小时暴露后，细胞质荧光强度较未修饰组提高2.3倍，流式细胞术显示其平均荧光强度（MFI）达到5.8×10?，而CH-c-SLN组为3.2×10?。CLSM观察显示，CH-SLN颗粒更均匀分布于细胞膜表面，并形成典型胞饮泡摄取模式，而CH-c-SLN因表面电荷分布不均导致部分颗粒聚集。值得注意的是，壳聚糖的加入并未显著改变Caco-2细胞紧密连接结构（TEER值波动<5%），但通过静电作用促进跨细胞转运，其运输效率较未修饰组提高40%-60%。

研究特别发现壳聚糖结合方式对性能的影响存在显著差异：CH-SLN通过热均质过程实现壳聚糖与脂质基体的均匀混合，其zeta电位和粘附强度分别达到+25 mV和1.8×10?? M，较CH-c-SLN提升约20%和30%。这可能与壳聚糖在脂质熔融阶段（85℃）的链展开状态有关，高温下壳聚糖分子链更易与脂质基体形成静电交联，从而增强表面电荷密度和粘附结合力。此外，CH-SLN在细胞摄取实验中表现出更好的生物相容性，其细胞存活率在0.05% v/v浓度下仍保持82%，而CH-c-SLN组在相同浓度下仅为67%。

热力学分析显示，壳聚糖与脂质基体的相互作用具有温度依赖性。DSC曲线表明，CH-SLN在60-65℃区间出现双结晶峰，较未修饰组多出1个结晶相，提示壳聚糖可能通过影响脂质结晶动力学改变纳米颗粒的物理化学性质。ITC数据进一步揭示，壳聚糖与粘液的结合存在两个阶段：初始快速结合（ΔH= -12.3 kcal/mol）对应静电吸引，后期慢速结合（ΔH= -8.7 kcal/mol）可能涉及氢键和疏水作用。

该研究为口服药物递送系统设计提供了重要理论依据。壳聚糖的引入不仅能改善SLN的理化稳定性（粒径分布PDI从0.18降至0.12），还能通过多价静电作用增强粘液层穿透力。建议后续研究应重点关注壳聚糖分子量与给药效果的关系，以及长期体内循环中表面修饰的稳定性问题。此外，结合肠道菌群代谢特征开发响应性壳聚糖涂层，可能进一步提升药物生物利用度。

该成果发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》2023年6月刊，研究团队通过系统化的材料设计、多尺度结构表征和生物学评价，揭示了多糖-脂质纳米复合体系的协同作用机制，为开发高效口服纳米药物载体提供了新策略。