离子液体修饰聚合物纳米颗粒与红细胞膜物理化学相互作用的机制研究及其靶向递送应用

为解决静脉注射纳米颗粒(IV NPs)因纳米-生物界面污染导致的靶向递送效率低下问题，研究团队通过胆碱羧酸盐离子液体(ILs)修饰聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米颗粒(IL-NPs)，系统探究了不同阴离子结构对红细胞(RBC)膜 hitchhiking 效应的调控机制。研究发现CA2HA 1:2、CA2BE 1:1和CAHPA 1:1三种IL-NPs通过特异性结合单羧酸转运体1(MCT1)或阴离子交换体1(AE1)，实现跨物种(小鼠/人)红细胞膜饱和结合，并揭示温度依赖性双相结合动力学特征。该研究发表于《NanoImpact》，为设计下一代靶向纳米递送系统提供理论依据。

　　

在生物医学领域，静脉注射纳米颗粒(Intravenous nanoparticles, IV NPs)被誉为"魔法子弹"，但其临床应用长期受困于纳米-生物界面的非特异性相互作用。据统计，超过95%的注射剂量会被肝脏快速清除或遭遇血清蛋白调理素化(opsinization)。这种"脱靶"现象导致药物难以有效富集在目标组织，成为纳米医学转化路上的"阿喀琉斯之踵"。

传统解决方案多聚焦于纳米颗粒表面PEG化修饰，但收效有限。近年来，红细胞 hitchhiking（红细胞搭车）技术崭露头角——通过让纳米颗粒"搭乘"血液循环系统中数量庞大的红细胞(RBCs)，借助毛细血管剪切力实现靶向递送。然而，纳米颗粒与红细胞膜相互作用的物理化学机制始终如"黑箱"，特别是如何精准调控纳米颗粒与红细胞膜的亲和力，成为领域内亟待破解的科学谜题。

美国密西西比大学的Christine M. Hamadani和Eden E. L. Tanner团队另辟蹊径，将生物相容性优异的胆碱羧酸盐离子液体(Ionic Liquids, ILs)与聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA)纳米颗粒结合，构建出具有红细胞靶向能力的IL-NPs系统。前期研究已证实，含反式-2-己烯酸阴离子(trans-2-hexenoate, 2HA)的CA2HA 1:2 IL-NPs能显著延长血液循环半衰期，但不同阴离子结构如何影响纳米颗粒-红细胞相互作用仍缺乏系统认知。

研究人员采用核磁共振氢谱(¹H NMR)和动态光散射(DLS)表征纳米颗粒，通过流式细胞术(FACS)和荧光酶标仪定量分析纳米颗粒-红细胞结合效率，结合温度动力学实验和特异性转运体抑制研究，系统解析了阴离子结构-功能关系。实验选用商业来源的BALB/c小鼠和人混合性别全血样本，确保研究结论具有跨物种参考价值。

纳米制剂表征揭示阴离子主导表面特性

CA2HA 1:2、CA2BE 1:1和CAHPA 1:1三种IL-NPs均呈现单分散性(PDI<0.2)，粒径较裸PLGA NPs(67.1±9.3 nm)显著增大至128-167 nm，表面电位从-30.7 mV降至约-53 mV，证实阴离子层成功组装为纳米颗粒最外层界面。

膜饱和现象暗示特异性结合机制

在剂量递增实验中，所有IL-NPs均表现出明显的红细胞膜饱和效应：小鼠全血中CA2HA在218 NPs:RBC时达饱和，而CA2BE和CAHPA需654 NPs:RBC；人全血中三者均在218 NPs:RBC饱和。这种"天花板效应"与裸PLGA NPs的剂量线性增长形成鲜明对比，提示IL-NPs通过化学键合而非物理吸附结合红细胞膜。

温度敏感性揭示阴离子结构-功能关系

37°C转4°C导致CA2HA和CAHPA结合效率骤降9-11倍，而CA2BE仅降低4.7倍，反映碳链长度与膜结合能垒的关联。动力学曲线显示，小鼠全血中IL-NPs呈现2-10分钟线性增长→10-16分钟下降→20-120分钟平台期的三阶段特征，暗示可逆-不可逆转化的双相结合机制。

转运体抑制实验破解分子靶点

通过特异性抑制剂AR-C155858(靶向MCT1)和DIDS(靶向AE1)干预实验，发现：CA2HA 1:2专一性依赖MCT1转运体；CA2BE 1:1选择性结合AE1；而CAHPA 1:1因庚酸阴离子(HPA)的柔性长链可同时利用两种转运体。特别值得注意的是，传统认为通过MCT1摄取的2BE(巴豆酸)在纳米颗粒体系中却转向AE1通路，这可能是由于纳米颗粒表面呈现的阴离子阵列引发了新的结合模式。

这项发表于《NanoImpact》的研究首次建立"阴离子结构-红细胞膜转运体-温度动力学"三维调控模型，为理性设计红细胞 hitchhiking 纳米载体提供关键理论支撑。研究揭示的物种差异性(小鼠vs人)提示临床前研究需谨慎选择模型，而AE1/MCT1双靶向策略可能成为突破膜饱和限制的新思路。

从转化医学视角看，该研究至少带来三重突破：其一，阐明阴离子工程可精准调控纳米颗粒-生物界面相互作用；其二，证明离子液体涂层能同时解决血液循环和靶向递送两大难题；其三，开创性地将红细胞膜转运体生物学引入纳米载体设计领域。这些发现不仅为肿瘤、心血管疾病的靶向治疗开辟新途径，更为理解纳米材料-生物膜相互作用提供普适性研究范式。