关于热响应性pNIPAM接枝透明质酸纳米凝胶的自组装及其在细胞内摄取的机制性见解

《Journal of Pharmaceutical Investigation》：Mechanistic insights into the self-assembly and cellular uptake of thermoresponsive pNIPAM-grafted hyaluronic acid nanogels

本研究利用实验与计算结合的方法，探究了基于透明质酸接枝聚N-异丙基丙烯酰胺（HA-g-pNIPAM）的热敏性纳米凝胶的组装机制、环境响应性、药物释放行为及细胞摄取途径，揭示了其热致溶胀（LCST约32℃）、pH、离子强度和溶剂极性依赖的尺寸变化机制，以及亲水/疏水药物载体差异的释放模式，证实了其作为可控药物递送系统的潜力。

　　

摘要

目的

基于透明质酸与聚(N-异丙基丙烯酰胺)（HA-g-pNIPAM）接枝而成的热响应纳米凝胶是一种具有优异生物相容性和对生理刺激响应性的药物输送系统。本研究评估了HA-g-pNIPAM纳米凝胶的组装机制、环境响应性、药物释放行为以及细胞摄取途径。

方法

采用体外和计算机模拟方法，在不同的物理化学条件下研究纳米凝胶的形成和稳定性，并探讨实验结果与计算分析之间的关系。使用模型亲水性（羧基荧光素）和疏水性（香豆素-6）化合物来评估药物的装载和释放情况。通过流式细胞术、抑制实验和分子对接技术研究了B16-F10黑色素瘤细胞和L929成纤维细胞对纳米凝胶的摄取情况。

结果

HA-g-pNIPAM纳米凝胶表现出温度依赖性的膨胀特性，其临界溶解温度（LCST）约为32°C，并且在极低浓度（1×10^-5% w/v）下仍能保持稳定。其尺寸随温度的变化受pH值、离子强度和溶剂极性的影响。实验观察结果得到了计算机模拟的支持，揭示了疏水层塌陷、静电屏蔽和水合作用破坏等机制。亲水性药物的释放受扩散控制，而疏水性药物的释放则受LCST的影响而受到限制。细胞摄取主要通过网格蛋白和PI3K介导的内吞作用完成，由于pNIPAM的接枝导致CD44受体的识别方式发生变化，因此CD44受体的参与程度较低。

结论

结合实验和计算分析的结果，有助于有效解读研究结果，为HA-g-pNIPAM纳米凝胶的组装机制、响应性和摄取过程提供了机制上的见解。本研究表明，HA-g-pNIPAM纳米凝胶作为可控药物输送载体具有巨大潜力。