近红外光驱动Janus聚多巴胺@介孔二氧化硅基因递送纳米马达增强下肢缺血基因治疗

为解决下肢缺血(CLI)治疗中基因递送效率低和缺血微环境恶劣的问题，南京医科大学团队开发了NIR光驱动的PDA@MS-NH2 @HIF-1α纳米马达。该研究通过不对称yolk@shell结构实现自热泳推进，显著提升HIF-1α-pDNA的转染效率，同时利用聚多巴胺(PDA)的抗氧化特性改善缺血微环境。动物实验证实其能促进血管新生并挽救肢体功能，为CLI治疗提供了新范式。

　　

研究背景
下肢缺血(CLI)作为外周动脉疾病的最严重类型，常导致肢体疼痛、溃疡甚至截肢。尽管血管内皮生长因子(VEGF)基因疗法展现出潜力，但传统递送系统存在被动靶向、转染效率低及病毒载体安全性等问题。更棘手的是，缺血组织的氧化应激微环境会进一步阻碍治疗效果。如何实现高效、安全的基因递送并改善缺血微环境，成为突破CLI治疗瓶颈的关键。

南京医科大学团队在《Materials Today Bio》发表的研究中，创新性地将Janus结构聚多巴胺@介孔二氧化硅(PDA@MS)纳米马达与缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)基因结合，通过近红外光(NIR)驱动实现精准递送。研究发现，这种纳米马达不仅能通过自热泳效应增强组织穿透性，还能利用PDA的抗氧化特性重塑缺血微环境，最终在小鼠后肢缺血模型中实现血流恢复和肌肉再生。

关键技术方法
研究采用小鼠后肢缺血模型(30只ICR雌鼠)验证疗效。通过温度调控溶胀法构建200 nm不对称yolk@shell结构PDA@MS，氨基修饰后静电吸附HIF-1α-pDNA。利用808 nm激光(1.5 W/cm²
)触发自热泳运动，通过激光多普勒成像(LDPI)、RNA测序和免疫组化评估血管新生与组织修复效果。

研究结果
3.1 材料表征
SEM/TEM显示PDA@MS具有粗糙多孔表面(孔径35.7±16.0 nm)和不对称核壳结构。光热实验证实其在NIR照射下10分钟内升温18.5°C，且具备优异的光稳定性。

3.2 基因负载与稳定性
氨基修饰使zeta电位从-36.1 mV转为+38.1 mV，凝胶电泳显示1:8质量比可实现pDNA完全负载。复合物在PBS中7天内保持稳定，粒径从550 nm增至850 nm。

3.3 NIR光驱动
在1.0 W/cm²
NIR照射下，PDA@MS在水中扩散系数达4.8 μm²
/s，速度4.8 μm/s，血清环境中性能虽有下降但仍显著优于布朗运动。

3.4 生物相容性
40 μg/mL浓度下，人主动脉内皮细胞(HAECs)存活率达129.3%，NIR照射后进一步提升至139.7%。巨噬细胞(RAW264.7)在各浓度下存活率均>80%。

3.5 抗氧化能力
PDA@MS-NH₂
使LPS刺激的HAECs内H₂
O₂
水平从58.6降至36.9 mmol/g，流式细胞术显示ROS清除率超60%。

3.6 体外转染效率
CLSM观察显示eGFP报告基因表达强度显著高于裸pDNA组。ELISA检测HIF-1α/VEGF蛋白表达分别达1456 pg/mL和523 pg/mL，NIR照射组较未照射组提升20%。

3.7 促血管生成能力
划痕实验显示NIR组HAECs迁移率达76.06%，Matrigel实验显示总血管长度增加2.1倍，主分支数量提升3倍。

3.8 体内治疗效果
激光多普勒显示治疗28天后NIR组血流恢复率达93%，显著高于对照组(45%)。Western blot检测缺血肌肉中HIF-1α/VEGF表达量分别增加3.6倍和2.8倍。

3.9 组织学分析
H&E染色显示肌纤维结构完整，Masson染色显示胶原沉积减少67%。CD31/α-SMA双染证实NIR组成熟血管密度增加4.3倍。

3.10 转录组分析
RNA-seq鉴定419个差异基因，GO分析显示"内皮细胞增殖"和"VEGF生成"通路激活，KEGG富集于IL-17和HIF-1信号通路。

结论与意义
该研究开创性地将NIR光驱动纳米马达技术与基因治疗相结合，通过三重机制革新CLI治疗：① 不对称Janus结构实现主动靶向递送；② PDA抗氧化作用改善缺血微环境；③ HIF-1α/VEGF通路协同促进血管再生。尤其值得注意的是，NIR照射使基因转染效率产生质的飞跃，这为其他大分子药物递送提供了新思路。尽管小鼠急性缺血模型与临床慢性病程存在差异，但该技术展现出的组织穿透性和微环境调控能力，为未来开发针对糖尿病足等复杂缺血性疾病的治疗方案奠定了重要基础。