超声响应及尺寸可变自载体纳米液滴用于增强深静脉血栓治疗

《Biomaterials》:Ultrasound-responsive and size-transformable self-carrier nanodroplets for augmented deep vein thrombosis therapy

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月01日 来源:Biomaterials 13.6

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   摘要由于传统溶栓药物疗效有限以及抗凝药物半衰期短,深静脉血栓(DVT)的治疗仍面临挑战。本研究开发了一种具有可调尺寸的超声响应性低分子量肝素(LMWH)功能化纳米液滴,命名为LMWH-LA@PFP。我们的策略以LMWH本身作为内在载体支架,与亚油酸(LA)结合以实现自组装并封

  

摘要

由于传统溶栓药物疗效有限以及抗凝药物半衰期短,深静脉血栓(DVT)的治疗仍面临挑战。本研究开发了一种具有可调尺寸的超声响应性低分子量肝素(LMWH)功能化纳米液滴,命名为LMWH-LA@PFP。我们的策略以LMWH本身作为内在载体支架,与亚油酸(LA)结合以实现自组装并封装全氟戊烷(PFP)。该设计整合了三种协同治疗功能,包括靶向递送、超声触发溶栓和持续抗凝。静脉注射后,LMWH选择性地与血栓部位积聚的活化血小板结合。超声照射触发PFP汽化,促使纳米液滴从纳米级尺寸扩展为微泡并随后破裂,机械性地破坏富含纤维蛋白的血栓基质,同时增强药物渗透深度。重要的是,LMWH-LA碎片重新组装为次级纳米颗粒,从而延长抗凝作用持续时间。该纳米液滴在急性、慢性及妊娠期DVT模型中均表现出良好的疗效,且未见胎儿毒性证据。

引言

深静脉血栓(DVT)是一个严重的健康问题[1], [2]。深静脉血栓可能导致严重的并发症,包括肺栓塞[1]。在妊娠个体中,DVT还与复发性妊娠丢失和胎儿生长受限风险增加相关[3], [4], [5]。DVT管理的主要目标是快速清除血栓和持续抗凝以防止未来血栓事件[6], [7]。传统溶栓和抗凝治疗在临床实践中面临诸多挑战。首先,溶栓药物无法特异性靶向血栓,因此只有少量药物实际到达血栓部位[8], [9]。此外,血栓内部致密的纤维蛋白网络阻碍药物渗透,将作用限制在表面[10], [11]。因此,传统溶栓药物往往疗效有限,尤其在慢性血栓中,血栓由致密纤维组织和高度胶原含量组成。此外,抗凝药物通常半衰期短,需要频繁大剂量给药[12]。这不仅增加了医疗成本,还增加了出血等副作用的风险[13], [14]。例如,低分子量肝素(LMWH)是一种常用的抗血栓药物,其半衰期相对较短且需要每日两次注射,这可能会降低患者治疗依从性[4], [15]。鉴于这些挑战,开发一种通过靶向药物递送、深层组织渗透、快速溶栓和持续抗凝来改善治疗效果并最小化副作用的替代方案至关重要。
声机械溶栓是一种前景广阔且高度安全的血管内血栓溶解治疗方法[11], [16], [17], [18]。该机制依赖于超声(US)介导的含气微或纳米级载体的激活,触发局部声空化[18], [19]。这种空化还能改善药物向目标组织的渗透[17], [18], [20]。尽管微泡是最成熟的超声造影剂类别,但其在体内的稳定性仍不理想[21], [22]。相比之下,基于全氟碳(PFC)的声学纳米液滴表现出更优的药代动力学特征[23], [24]。在超声照射下,它们汽化并扩展为较大的气泡,最终破裂,产生强烈的空化效应[21], [24], [25], [26], [27]。然而,传统的PFC纳米系统通常包覆磷脂或聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等材料,往往缺乏内在靶向能力,且包被材料本身不具备治疗活性[25], [28], [29], [30]。因此,通常需要辅助给予外源试剂,增加了制剂的复杂性[31], [32]。因此,开发具有内置抗凝特性的PFC负载自载体纳米系统将大大简化治疗方案。
作为概念验证,我们开发了一种基于LMWH的自组装纳米载体,封装全氟丙烷(PFP),得到具有超声响应性、尺寸可变换的纳米液滴,能够同时实现血栓选择性富集、声机械溶栓和内在抗凝。LMWH作为生物支架,与亚油酸(LA)偶联形成两亲性LMWH-LA复合物,自组装成载体;在该载体内封装PFP即得到LMWH-LA@PFP纳米液滴。由于LMWH对活化血小板具有高亲和力,LMWH-LA@PFP在血栓部位表现出优先富集。超声照射下,PFP核发生液-气相变,使纳米液滴扩展直至破裂。产生的机械力破坏血细胞和富含纤维蛋白的血栓基质,形成裂缝和微孔,启动声机械溶栓并增强LMWH-LA@PFP向血栓更深层区域的渗透。血栓内空间分布的改善从而以自我强化的方式放大下游治疗效果。破裂后,释放的LMWH-LA偶联物重新组装为更小的纳米颗粒(LMWH-LA-NPs)。与LMWH-LA@PFP和游离LMWH相比,这些纳米颗粒延长了抗凝作用持续时间。此外,LMWH-LA-NPs在血管内皮细胞中表现出强效的活性氧(ROS)清除能力,从而保持内皮完整性和功能。总之,该策略能够实现DVT的高效声机械溶栓,同时通过抗凝和内皮保护预防复发。该策略在慢性机化血栓模型中尤为相关。值得注意的是,在妊娠大鼠模型中,该策略有效溶解血栓并缓解胎盘缺血引起的胎儿生长受限,且无可检测的胎儿毒性。总体而言,我们的研究揭示了一种非侵入性、高效整合溶栓与抗凝的策略。

各章节摘要

LMWH-LA@PFP纳米液滴的制备与表征

LMWH是一种成熟的抗血栓药物,广泛用于预防和治疗DVT,包括妊娠期发生的DVT[33], [34]。然而,其疗效受到患者依从性差的影响,主要原因是其半衰期短且需要每日两次皮下注射[4]。纳米颗粒已成为有前景的药物载体,能够延长系统循环、实现控释并提高生物利用度[35]。为克服LMWH的局限性,我们

结论

总之,本研究成功开发了一种用于DVT治疗的超声响应性、尺寸可变换纳米液滴。与现有方法不同,传统的PFC纳米液滴通常依赖于磷脂或PLGA等外源包被材料,需要额外的抗凝药物才能有效治疗。我们采用了自载体设计理念,通过将LMWH与LA共价偶联将其转化为功能性结构单元,形成两亲性自组装

实验部分

详细材料和方法见支持信息。

CRediT作者贡献声明

易恒景:方法论、调查研究。李兴盛:撰写—原稿、软件、调查研究、资金获取。林韩:监督、资源。吴建勇:方法论。李潘:撰写—审阅与编辑、资源、资金获取、概念化。张亮:撰写—审阅与编辑、监督、资源、项目管理、资金获取、概念化。黄姣:撰写—审阅与编辑、监督、资源、资金获取,

数据可用性声明

数据可在合理请求下从通讯作者处获得。

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作者声明他们没有任何已知的相互竞争的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

作者感谢中国国家自然科学基金(批准号 82572256和82402285)、重庆市自然科学基金(批准号CSTB2023NSCQ-MSX0191和CSTB2023NSCQ-BHX0012)提供的财政支持。我们感谢重庆青年医学高层次人才计划提供的支持。此外,我们感谢app.Biorender.com在创建插图方面提供的帮助。
尹琳|郑俊|黄泽言|李兴盛|易恒景|吴建勇|林韩|李潘|黄姣|张亮
重庆医科大学附属第一医院超声科,重庆市友谊路1号,重庆,400016,中国
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