华中大罗亮教授/同济医院田德安教授联合团队 ACS Nano：口服仿生细菌鞭毛的纳米纤维用于炎症性肠病的靶向CT成像与治疗

2023-02-20 来源：高分子科技

近期，华中科技大学生命学院罗亮教授团队和附属同济医院消化内科田德安教授团队针对炎症性肠病的临床诊疗需求，受细菌鞭毛启发而开发出一种共轭高分子纳米纤维PIDA，可以同时实现炎症性肠病的靶向CT成像和按需治疗干预，展示了良好的临床应用潜力。该工作以“Targeted Computed TomographyVisualization and Healing of InflammatoryBowel Disease by Orally Delivered Bacterial Flagella-Inspired PolydiiododiacetyleneNanofibers”为题发表在《ACS Nano》上(DOI: 10.1021/acsnano.1c03083)。

炎症性肠病(IBD)是一种以反复发作的慢性炎症为特征的胃肠道疾病，目前已逐渐成为“复杂而昂贵”的全球流行病。IBD的早期准确诊断和适当治疗干预对于抑制疾病发展至关重要，而计算机断层扫描(CT)是诊断胃肠道疾病最广泛使用的医学成像方式。但基于目前的CT造影剂仍无法精确地勾勒出胃肠道壁及病灶部位。另一方面，现有的IBD治疗策略包括抗生素、益生菌和粪便微生物移植等，面临着菌群失衡、存活率有限和个体性差异等问题。临床上迫切需要在维持肠道微生物平衡的同时，减轻炎症和抑制肠道菌群爆发的有效IBD治疗策略。

在此项工作中，研究人员受细菌鞭毛启发，设计开发了一种仅由碳碘组成的共轭高分子（PIDA）纳米纤维的设计及其在IBD的靶向CT成像和按需治疗干预中的性能。PIDA纳米纤维具有类似细菌鞭毛的形态，口服后附着在胃肠道黏液层上，在2小时内均匀分布在胃肠道表面，CT扫描时可完整呈现胃肠道黏膜状态。同时PIDA在炎症病变损伤黏膜中比正常胃肠道组织中保留时间更长，可实现IBD的靶向性CT成像。基于其独特碘取代聚二炔结构，PIDA还可以清除活性氧(ROS)和调节失调的肠道生态，从而在维持肠道菌群稳态的同时缓解炎症，促进胃肠道微环境的再平衡，加快黏膜愈合。

图1. 受细菌鞭毛启发的PIDA纳米纤维的设计与作用机理。

细菌鞭毛是细菌细长的附肢，直接介导细菌粘附在胃肠道黏液层上并在病灶处富集。研究人员开发的PIDA纳米纤维可以在口服给药后附着在胃肠道黏液层上，并在胃肠道蠕动时均匀地分布在胃肠道表面。鉴于PIDA的超高效CT成像特点，在给药后2小时内CT扫描即可描绘出胃肠道黏膜。这种全新的PIDA介导胃肠道壁CT成像方式快速方便，有利于胃肠道疾病的临床早期诊断和筛查。

图2. PIDA介导的胃肠道壁CT成像。

具有鞭毛样形态的PIDA纳米纤维还可以特异性侵入炎症损伤黏膜的“渗漏”上皮。PIDA在炎症部位的延长保留和富集可以实现目前临床上所需的IBD病变针对性CT成像。这一发现不仅对早期IBD诊断至关重要，而且还可以启发更多胃肠道疾病靶向治疗策略的发展。长期以来与纳米颗粒相比，纳米纤维在提供治疗和显像方面较少受到重视。这项工作利用模仿细菌鞭毛的纳米纤维独特结构优势，为开发基于纳米纤维的胃肠道靶向药物载体铺平了新道路。

图3. PIDA介导的胃肠道炎症病灶的靶向CT成像。

PIDA纳米纤维的胃肠道炎症靶向特性也可以有效地按需治疗IBD。基于其独特的碘取代聚乙炔结构，PIDA可通过其烯-炔交替主链协同清除活性氧（ROS），并基于其丰富的C-I侧链杀灭微生物。在正常情况下，PIDA纳米纤维在胃肠道中排泄相对较快。相比之下，IBD病变处保留并富集的PIDA纳米纤维可选择性消除炎症微环境中的ROS和缓解炎症，最终调节肠道微生物群，恢复胃肠道屏障功能。

图4. PIDA介导的肠道微环境的调节。

华中科技大学生命学院博士生殷明明、华中科技大学同济医学院附属同济医院博士生陈雨和附属协和医院刘小明医生为论文共同第一作者，罗亮教授和田斯丹博士为论文通讯作者。该研究得到了华中科技大学同济医学院附属同济医院田德安教授的指导以及附属协和医院江大卫教授和雷子乔教授的大力支持，并受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、华中科技大学引进人才启动经费和湖北省自然科学基金的资助。

此项工作是罗亮教授课题组在生物医用共轭高分子材料方向的又一重要成果。罗亮教授团队长期致力于共轭高分子材料的设计、制备及在生物医学中的应用研究，对于如何赋予共轭高分子多功能性，促进其安全高效地应用于生物医药诊疗领域开展了系统深入的探究。近年来，先后发展高效靶向拉曼生物成像探针(Nat. Commun. 2020, 11, 81; Nano Lett. 2022, 22, 4544）、CT成像探针(Nat. Commun. 2022, 13, 2625)、荧光检测探针(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 20097)、化学发光探针(Adv. Mater. 2020, 32, 2004685）、可视化诊疗体系(Nat. Commun. 2019, 10, 4781; Nano-Micro Lett. 2021, 13,141; Nat. Commun. 2022, 13, 4553; Nat. Commun. 2022, 13, 6835）等，并探讨了此类材料的可降解性与降解机制（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 10054; Chem. Eng. J. 2021, 417, 127890; Chem 2022, 8, 2326）。团队研究工作交叉融合高分子材料学、生物医学工程、医学和药学等学科，并积极推动相关的临床应用转化。

论文链接: https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12154

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻