《European Polymer Journal》：Development and in vitro evaluation of Acemannan-based nanogels via synchronous Schiff base crosslinking for stimuli-responsive lung cancer drug delivery
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本研究开发了一种基于天然多糖阿克曼曼（AC）的氧化交联纳米凝胶（OAC-amine NGs），通过水油乳液同步形成Schiff碱交联结构，有效负载阿霉素（DOX），实现肿瘤微环境响应性释药。纳米凝胶粒径52-176 nm，具备优异生物相容性，在A549/H1299细胞中显著降低IC50值，并通过3D肺癌类器官验证其促凋亡效应（Cleaved PARP），较游离阿霉素展现出更高效的细胞摄取和核定位能力。该策略为多糖基纳米药物递送系统提供了高稳定性、精准控释的解决方案。
陈宏东|陈宇芳|李春林|吴佳晴
应用科学与生物技术系，国立台东大学，中华路1段684号，台东95092，台湾
摘要
传统的药物输送系统常常存在稳定性不佳和药物过早泄漏的问题。为了解决这些问题，本研究开发了一种源自乙酰甘露聚糖（AC）的天然多糖纳米载体。通过将AC氧化为醛基形式（OAC），并利用油水乳化工艺，我们实现了与两种不同胺类（Trien和EGBE）的同步Schiff碱交联。这种稳定的化学结构使得多柔比星（DOX）能够高效地封装在球形纳米凝胶（NGs）中（直径52–176纳米）。合成的NGs表现出优异的生物相容性，并显示出由谷胱甘肽（GSH）浓度触发的微环境敏感释放动力学，这种浓度代表了肿瘤微环境的特性。功能评估显示，DOX/OAC-Trien和DOX/OAC-EGBE制剂在体外具有更强的治疗效果——表现为IC50值显著降低——与游离DOX相比，在A549和H1299肺癌细胞中尤为明显。这种增强的疗效与加速的细胞内摄取、有效的核转运以及在3D肺癌类器官中强效诱导细胞凋亡（Cleaved PARP）密切相关。这项研究不仅提供了一个高度稳定的、可控释放的多糖平台，还为将治疗剂整合到生物相容性载体中建立了一种创新的化学策略，为选择性药物输送系统的开发提供了有前景的概念验证。
引言
全球药物开发领域一直面临着一个挑战：如何有效地将治疗分子——尤其是那些水溶性差、半衰期短或内在毒性高的分子——输送到目标部位，同时将对健康组织的不良副作用降到最低[1]、[2]。传统自由药物的给药方式通常会导致快速的全身降解、生物利用度低以及缺乏精确的靶向性，因此需要使用高剂量才能达到治疗效果，这不可避免地会导致严重的全身毒性[3]。由此产生了纳米医学这一跨学科领域，它专注于设计先进的药物输送系统（DDSs）以克服这些限制[4]、[5]。纳米载体，如纳米颗粒、脂质体、聚合物纳米凝胶（NGs）和胶束，由于其尺寸依赖性效应（通常在1–100纳米范围内）、高载药能力以及利用增强渗透性和滞留效应（EPR）在实体肿瘤中的作用，已成为靶向治疗的基石[6]、[7]。特别是聚合物纳米凝胶，因其高度可调的结构（例如，适合封装各种药物的亲水核心）和表面多功能性而脱颖而出，这使得它们易于进行化学修饰以结合靶向配体或响应刺激的单元[8]、[9]、[10]。然而，理想的DDS必须具备优异的生物相容性、最小的细胞毒性和可控的体内生物降解性[11]。因此，当前纳米载体的研究前沿越来越关注寻找天然、环保且结构丰富的生物聚合物材料，这些材料提供了丰富的反应位点用于化学修饰[11]、[12]。追求这种可持续且本质上安全的材料对于先进的药物输送技术至关重要，推动了创新，远离了纯合成、可能具有毒性或不可降解的替代品[13]、[14]。这种转变强调了开发更安全、更有效且与生物和谐的治疗解决方案的承诺，这些解决方案能够通过解决小分子药物的固有药代动力学限制来改善临床结果。
在众多潜在的纳米载体材料中，天然多糖（如透明质酸、壳聚糖、海藻酸盐）因其优异的生物相容性、生物降解性和低免疫原性而特别受到科学界的关注[15]、[16]、[17]。它们的分子结构富含羟基、氨基或羧基等官能团，提供了多个精确化学修饰的锚定点，从而能够适应各种复杂的载药机制和复杂的输送要求[18]、[19]、[20]。在这类多糖中，乙酰甘露聚糖（AC）是芦荟凝胶的主要功能成分，具有无与伦比的独特优势。AC是一种β-(1,4)-连接的乙酰化葡甘露聚糖，分子量从几千到几百万道尔顿不等。关键的是，主链上同时存在乙酰基和羟基，为靶向化学修饰提供了理想的位点[21]、[22]、[23]。更重要的是，AC本身已被证明具有显著的生物活性，包括强大的免疫调节、抗炎和组织再生特性（例如，促进伤口和骨组织愈合）[24]、[25]。这些内在的药理益处使AC超越了单纯的载体作用；它作为一种活性成分，提供了协同治疗效果。因此，以AC为核心骨架开发NGs有望创造出一种新型DDS，在这种DDS中，“载体本身就是药物”，从根本上提高了药物输送系统的整体治疗效果[26]。AC中的甘露糖残基对某些免疫细胞和癌细胞上表达的甘露糖受体的天然靶向能力进一步巩固了AC作为理想候选物的地位，同时提供了被动和主动靶向机制的潜力，这是少数合成聚合物所能比拟的[27]、[28]。结构可塑性和内在生物活性的结合使得基于AC的纳米载体成为生物医学工程中的优越平台。
尽管AC具有巨大的潜力，但其作为高效药物载体的应用仍面临重大挑战[29]。传统的非共价装载方法，如物理封装或吸附，存在载药效率低、体内环境中药物释放迅速和过早泄漏的问题[30]。这种不稳定性影响了持续的药物释放动力学，并限制了在特定细胞内或肿瘤微环境中的疗效。此外，未经改性的AC容易受到快速酶促降解，从而降低了其结构完整性和循环寿命。因此，化学修饰对于提高AC骨架的稳定性、功能性和可控性是不可或缺的[31]、[32]、[33]。我们的研究通过引入一种新策略直接解决了这一问题：首先将AC氧化为OAC，暴露出反应性的醛基。然后，这种OAC骨架与1,2-乙二胺（Trien）或乙二醇双(2-氨基乙基)醚（EGBE）同时交联，形成OAC-胺NGs。关键的是，在这个单一的交联-乳化步骤中，目标药物被封装在OAC-胺骨架内。这种骨架和药物装载的同时形成确保了极高的稳定性，最小化了过早泄漏，延长了循环半衰期，并实现了高度精确的可控释放。这一策略不仅解决了与AC载体相关的结构稳定性问题，还为开发新一代高度稳定、可控释放的基于AC的纳米药物铺平了道路。
为了解决传统基于AC的载体所面临的稳定性和药物释放迅速的问题，并利用乙酰甘露聚糖的有利理化性质，我们在此报告了一种新型乙酰甘露聚糖衍生纳米载体（OAC-胺NGs）的合成和全面评估，其特征是药物的高效同步稳定整合。我们的设计包括AC的氧化，随后与两种胺类同时交联，并非共价但牢固地固定模型化疗药物DOX。具体来说，这项工作旨在：（1）全面表征装载DOX的OAC-胺NGs的结构、形态和稳定的载药效率；（2）通过细胞毒性和溶血试验研究其增强的GSH响应释放动力学，并建立有利的生物安全性；（3）通过比较细胞摄取和生长抑制效果来验证其在体内的治疗效果。总之，这项研究不仅介绍了一种生物相容性和高度稳定的多糖基纳米平台，还为治疗剂的稳健整合建立了一种新的化学工程策略。这种方法的成功实施为未来开发具有协同治疗效果的先进纳米药物奠定了坚实的基础。
试剂和细胞
用于纳米载体合成的主要多糖乙酰甘露聚糖（AC；纯度93%）由Dazzeon Biotech（台湾）提供。交联胺类乙二醇双(2-氨基乙基)醚（EGBE）和1,2-乙二胺（Trien）分别从Thermo Scientific和Sigma-Aldrich购买。化疗药物盐酸多柔比星（DOX）来自Seedchem，核染色剂4′,6-二氨基-2-苯基吲哚（DAPI）来自
基于OAC的药物输送纳米载体的合成与表征
OAC和OAC-胺纳米载体的合成始于通过过碘酸（NaIO4）处理芦荟来源的乙酰甘露聚糖（AC）。过碘酸处理选择性切割糖苷环，暴露出反应性的醛基。虽然这种功能化对于后续的 conjugation 是必需的，但由此产生的OAC表现出显著的疏水性增加，导致分子聚集并在水溶液中呈现浑浊不透明的外观（10毫克/毫升）
结论
基于乙酰甘露聚糖的纳米凝胶（NGs）是通过油水乳化工艺制备的，首先通过NaIO4处理在乙酰甘露聚糖（OAC）上生成醛基，然后与Trien（OAC-Trien）或EGBE（OAC-EGBE）交联。这些球形纳米载体在多种细胞系中表现出最小的细胞毒性，并显示出pH响应性的膨胀。关键的是，10毫摩尔的GSH显著触发了胺修饰NGs的DOX释放，证实了它们的有效性
CRediT作者贡献声明
陈宏东：撰写——原始草稿，验证，软件，方法学，研究，数据分析。陈宇芳：撰写——原始草稿，监督，软件，资源，项目管理，方法学，资金获取，数据分析，概念化。李春林：撰写——原始草稿，监督，资源，项目管理，概念化。吴佳晴：撰写——原始草稿，监督，资源，项目管理，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢在研究过程中获得的重要和技术支持，特别感谢詹正雄教授和张建祥教授提供的关键仪器和设备，以及国立成功大学仪器中心的林碧云女士在NMR实验中提供的宝贵帮助。这项工作得到了台湾国家科学技术委员会（NSTC）的财政支持，资助项目如下：NSTC
