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华南理工陈坤 Small:亚纳米颗粒的表面工程优化药代动力学
2022-09-06  来源:高分子科技

  纳米技术带来的各种以纳米材料或纳米技术为基础的产品几乎广泛覆盖所有的工业部门、生物医药和日常生活用品。特别是在纳米医学领域,纳米技术可能为癌症和代谢紊乱等复杂疾病的早期诊断和个性化治疗提供解决方案。在医疗健康领域中使用纳米材料就不得不考虑材料本身的安全性问题。纳米颗粒大小的不同,使得它们与各种生理屏障的相互作用不同,在体内停留的时间也会产生差异,最后的清除途径也呈现多样化。对于小尺寸,尤其是亚纳米(~1纳米)纳米粒子来说,一般会被机体网状内皮系统(肝、脾等)吸收并从血液中缓慢清除,但如果它们很难被生物降解,机体则需要将近一个月的时间来完全清除它们。在另外一个方面,亚纳米颗粒尺寸大于小分子和常见的离子,因此其表面电荷密度远低于常规离子,其在溶液中体现出superchaotropic效应,与中性表面活性剂和细胞膜等展现较高的亲和性。因此,这类亚纳米团簇颗粒材料在胞内递送展示高效且广谱的效果,同时规避了常规双亲分子负载体系易聚集的缺点。


  华南理工大学陈坤副教授和殷盼超教授等人报道了一种利用大分子来调节亚纳米尺度钒簇表面性质的分子设计方法,通过共价修饰不同长度的大分子改变钒簇的药代动力学,提高其生物利用和胰岛素增敏效果。亚纳米尺度钒簇在维持机体代谢平衡方面发挥了重要的作用。适量的钒簇能降低血糖、血脂,稳定血压,预防心血管疾病。然而,由于钒簇的分子尺寸较小,要么很快被机体清除难以发挥疗效,要么超过98%的钒簇会被富集到其它健康组织如肝脏,带来严重的肝损伤等毒副作用。通过向钒簇表面共价修饰不同长度的脂肪酸或胆固醇,实现了对钒簇分子尺寸和亲脂性的精准调节,改变了钒簇的药代动力学,提高了肾清除率效率,使其能够在其生物利用和胰岛素增敏效果提高的同时降低了肝损伤等毒副作用(图1)。 


图1 亚纳米尺度钒簇表面性质的调节策略以及相应的生物利用和胰岛素增敏的提高效果


  由于钒簇的尺寸较小,在大鼠体内呈现两相指数血液循环,其分布半衰期(t1/2α)较短约0.9 ~ 1.5 h,说明表面修饰的钒簇能够迅速分布到组织中,尤其是钒簇在脂肪组织中的分布明显提高,提高了钒簇的靶向性。同时,这些表面修饰的钒簇的消除半衰期(t1/2β)相对较长,因此能够延长其在机体内的胰岛素增敏时效,减少药物摄入量,延长服药间期,对于日常生活离不开降血糖药物的患者来说是一种福音。 


图2 亚纳米尺度钒簇在正常Wistar大鼠体内的药代动力学和生物分布


  以上成果近期以“Surface Engineering Promoted Insulin‐Sensitizing Activities of Sub‐Nanoscale Vanadate Clusters”为题发表在《Small》(Small 2022, 13, 2203957)上。华南理工大学陈坤副教授为论文第一作者和联合通讯作者,华南理工大学殷盼超教授为联合通讯作者。


  论文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202203957

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(责任编辑:xu)
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