超声响应型"集束炸弹"纳米平台实现高效siRNA脑部递送

为解决血脑屏障(BBB)阻碍siRNA递送这一难题，研究人员开发了超声响应型siRNA@NP@ND纳米平台。该"集束炸弹"系统通过超声触发相变实现BBB可逆开放，结合Angiopep-2靶向修饰，使siRNA脑部递送效率提升70.8倍，为中枢神经系统疾病基因治疗提供了可控递送新策略。

　　

脑部疾病治疗领域长期面临着一个关键瓶颈——血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）就像一道严密的"生物防火墙"，阻止了98%的小分子药物和几乎所有大分子治疗剂进入脑组织。特别是对于近年来快速发展的RNA干扰（RNA interference, RNAi）技术，虽然其能精准调控致病基因表达，但裸露的siRNA在血液中易降解且难以穿透BBB，使得脑肿瘤和神经退行性疾病的基因治疗进展缓慢。传统解决方案如化学修饰或靶向配体修饰，往往因血液中蛋白质冠（protein corona）形成而失效；而外科手术植入等侵入性方法又伴随高风险。聚焦超声（Focused Ultrasound, FUS）联合微泡虽能可逆开放BBB，但存在载药量低、刺激焦点固定等局限，亟需开发新型递送系统。

针对这一系列挑战，北京大学等机构的研究人员创新性地设计出超声响应型"集束炸弹"纳米平台（siRNA@NP@ND），相关成果发表在《Ultrasonics Sonochemistry》。该研究通过三层递送体系设计：内核采用聚酰胺-胺型树枝状聚合物（Polyamidoamine, PAMAM）装载siRNA形成纳米复合物（siRNA@NP），表面修饰Angiopep-2靶向肽和二硫键连接的聚乙二醇（PEG）；外层则通过氟化表面活性剂将siRNA@NP封装于全氟戊烷纳米液滴（Nanodroplet, ND）中。这种独特结构既解决了阳离子纳米粒（NP）体内循环时间短的问题，又能通过诊断超声精准触发ND相变释放药物，同时产生的空化效应可逆开放BBB。

研究团队运用了多项关键技术：通过动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）表征纳米颗粒理化性质；建立双层BBB体外模型（bEnd.3内皮细胞与C8-D1A星形胶质细胞共培养）评估屏障渗透性；采用Evans Blue染色和H&E染色监测BBB开放程度及脑组织损伤；借助小动物活体成像系统定量分析siRNA脑部富集情况；通过血液生化指标和细胞因子检测评估系统安全性。

2.1 siRNA@NP@ND的制备与表征
研究首先优化了siRNA@NP的氮磷比（N/P ratio），确定N/P=10时能实现完全siRNA装载且粒径最小（66 nm）。通过引入氟化表面活性剂，成功将带正电的siRNA@NP（+33.27 mV）封装为电中性ND（-36.32 mV），载药效率达85.64%。体外实验证实，10 mM谷胱甘肽（GSH）可触发siRNA快速释放（100分钟释放95%），而超声刺激能即时释放90%载荷。

2.2 体外细胞摄取与毒性
流式细胞术显示，Angiopep-2修饰的siRNA@NP在U87-MG胶质瘤细胞的摄取效率显著高于裸siRNA和脂质体对照组。CCK-8实验证实ND封装可消除PAMAM的剂量依赖性毒性，在1000 nM浓度下仍保持95%细胞活性。

2.3 超声诱导BBB开放的安全性
建立的体外BBB模型显示，超声（1 MHz, 3 W, 3分钟）可使FITC-葡聚糖表观渗透系数（P_app）提升4.15倍。免疫荧光观察到紧密连接蛋白ZO-1表达下调，但48小时后能完全恢复，证实BBB开放的可逆性。

2.4 体内BBB可逆开放
小鼠实验发现，3.8 MPa超声压力可使Evans Blue脑部蓄积量增加17倍，产生的微量脑出血在72小时内自愈。血液检测显示IL-6、TNF-α等炎症因子水平与对照组无显著差异。

2.5 药代动力学与靶向性
Angiopep-2修饰使siRNA@NP脑部富集量提升1.98倍，而ND封装将血液循环半衰期从14.5分钟延长至37.1分钟。

2.6 超声介导的脑部递送效率
活体成像显示，siRNA@NP@ND+US组在超声辐照区域的荧光强度较siRNA@NP组提高70.8倍，且信号严格局限于目标脑区，其他主要器官未发现异常蓄积。

这项研究通过创新的"纳米炸弹"设计实现了三重突破：ND外壳解决阳离子纳米粒的体内清除难题；超声触发实现时空精准的药物释放与BBB开放；Angiopep-2修饰增强跨屏障转运。该平台不仅为脑部基因治疗提供新工具，其模块化设计还可拓展应用于mRNA、CRISPR-Cas9等疗法。尽管仍需优化超声参数以减少微出血风险，但这项技术已展现出从基础研究向临床转化的巨大潜力，特别是对胶质母细胞瘤等难治性脑病的治疗具有重要价值。研究团队特别指出，未来将通过微流控技术提升制备重现性，并探索与替莫唑胺等标准疗法的联合应用方案。