AFM︱上海交通大学高小玲团队开发阿尔茨海默治疗新策略:生物膜出芽启发的仿生纳米平台递送脑源性神经营养因子

学术   2024-11-28 00:00   上海  

【神经科学前沿技术培训系列】详见文末

【内容宣传、讲座/报告/课程等学术合作】请联系微信:Wang_Sizhen


撰文︱汪安恬

审阅︱高小玲、宋清香

责编︱王思珍


神经营养因子是一类对神经元发育、维持和存活必不可少的分泌蛋白,对神经可塑性至关重要,在神经退行性疾病的治疗中有很大的潜力。其中,脑源性神经营养因子brain-derived neurotrophic factorBDNF)在神经发生和突触可塑性中起着重要作用,对学习和记忆至关重要。在最常见的神经退行性疾病阿尔茨海默病(AD)中,BDNF是一种很有前景的潜在治疗药物。然而,其临床转化面临多重挑战,主要包括其生物半衰期短、难以穿透血脑屏障(BBB),以及缺乏有效的靶向递送系统等关键限制因素。


近日,上海交通大学医学院高小玲教授团队在Advanced Functional Materials期刊发表了题为“Membrane Budding Inspired Biomimetic Nanocarrier Delivers Brain- derived Neurotrophic Factor to Improve AD Cognition”的研究成果。该团队开发出一种新型仿生纳米载体(RAP-BHP-rHDL),通过创新性地运用生物膜出芽启发的蛋白质主动包封技术,实现了BDNF的高效载带。这种仿生纳米载体能够精准靶向受损脑血管,有效减轻神经元损伤,促进神经再生,并重建神经血管单元(NVU),从而显著改善阿尔茨海默病(AD)模型小鼠的认知功能。


研究人员通过模拟生物膜出芽过程的脂质组成制备脂质体。脂质体与带相反电荷的蛋白复合物BHPBDNF、透明质酸和鱼精蛋白混合而成的具有蛋白活性保护作用的凝胶核心)混合,脂膜受到扰动,出现脂质重排,在膜表面自发形成液态有序相(Lo)和液态无序相(Ld)。在LoLd相界面处的线张力作用下,脂质体出现破裂,相邻脂质体的脂质重新自组装形成新的脂质体。在此过程中,将装载BDNF的凝胶包裹在脂质体内。随后,通过孵育重组ApoE3脂蛋白来增强载体的血脑屏障通透性;通过组装αRAP肽,使纳米载体能够特异性靶向AD患者脑血管上过表达的RAGE受体(图1

1.RAP-BHP-rHDL组装流程图及治疗策略示意图


研究人员首先对RAP-BHP-rHDL进行基本表征。结果表明,RAP-BHP-rHDL具有核壳结构,粒径为73.3 nmzeta电位在-44.4 mV,包封率为92.6%。为了进一步验证药物装载过程,研究人员制备了两种组成相同、荧光不同的脂质体,用DeltaVision OMX SR超高分辨显微镜观察脂质体加入BHP核心前后的荧光共定位情况。结果表明,加入BHP核心前,不同荧光的脂质体不互融,加入BHP核心后,脂质体发生融合。其中脂质DOPAGM1均有促融合的作用,而GM1的作用更为显著,并且包载动力学研究证实整个包载过程为毫秒级(图2体外药效结果表明,BDNF的生物活性在药物装载过程中保持完整,RAP-BHP-rHDL具有刺激人源神经干细胞(hNSCs)分化和保护血管内皮细胞免受Aβ1-42寡聚物损伤的能力。

2. RAP-BHP-rHDL的冷冻电镜图和包载过程验证

接下来研究人员对RAP-BHP-rHDL的血管靶向性进行了验证并探索了RAP-BHP-rHDL跨血脑屏障的途径。结果表明,在5×FAD小鼠中通过尾静脉注射的途径给药后,RAP-BHP-rHDL靶向受损脑血管上高表达的RAGE,随后通过小窝蛋白的转胞吞途径内化到血管内皮细胞中(图3

3.透射电镜观察RAP-BHP-rHDL通过小窝蛋白转胞吞的途径进入小鼠微血管内皮细胞


接下来研究人员在5×FAD小鼠模型上进行体内药效验证。通过尾静脉注射的给药途径,每4天给一次药,共给药8次。结果显示,无论是BDNF游离蛋白还是载体本身(RAP-HP-rHDL)均不能有效地减少神经元损伤或促进神经发生,而RAP-BHP-rHDL有效地减轻了神经元损伤,并增加了神经发生(图4


4. RAP-BHP-rHDL减轻5×FAD小鼠神经元损伤,促进神经发生


AD早期出现脑微血管功能障碍,表现为血管密度降低、形状异常、直径减小、脑血流速度减慢。因此研究人员继续探索了RAP-BHP-rHDL5×FAD小鼠脑微血管正常化的影响。结果表明,RAP-BHP-rHDL促进AD大脑微血管正常化,显著改善神经血管耦联(图5


5. RAP-BHP-rHDL使5×FAD小鼠的脑微血管正常化,并改善神经血管耦联


最后,研究人员评估了RAP-BHP-rHDL5×FAD小鼠的记忆和认知改善情况。结果显示,RAP-BHP-rHDL显著性改善了5×FAD小鼠的学习记忆能力(图6同时避免了可能的疼痛过敏及慢性内脏损伤的不良反应,提供了一种有潜力的AD干预候选制剂。


6. RAP-BHP-rHDL改善5×FAD小鼠的认知功能


文章结论与讨论,启发与展望

基于对生物膜出芽机制的仿生设计,研究团队成功开发了一种创新型仿生脂蛋白纳米载体系统,可高效包载BDNF并实现其向脑血管损伤部位的精准递送。研究结果表明,该纳米递送系统在AD模型小鼠中展现出显著的治疗效果:不仅有效缓解了神经元损伤,还促进了神经发生和神经血管单元的功能恢复,最终改善了实验动物的认知功能,且未观察到明显不良反应。这项研究不仅为大分子药物的包封和脑靶向递送提供了新的技术路径,也为基于蛋白质的神经退行性疾病治疗策略的发展开辟了新的研究方向。


原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202416572


上海交通大学医学院基础医学院的高小玲教授和宋清香高级实验师为该论文的通讯作者。上海交通大学医学院博士生汪安恬,上海交通大学医学院附属仁济医院黄佳琳博士和上海交通大学附属精神卫生中心纪敏秀为该论文共同第一作者。该研究得到了中国国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市教育委员会创新计划等多项资金的支持。


转载须知逻辑神经科学”特邀稿件,且作者授权发布;本内容著作权归作者和“逻辑神经科学”共同所有;欢迎个人转发分享,未经授权禁止转载,违者必究。

     


     
【神经科学前沿技术培训系列】

【光遗传学与遗传编码钙探针和神经递质探针工作原理及应用】【在体成像技术在神经科学研究的基础与应用】(第九期)。时间  2025322-24(周六至周一);地点 南京

【脑片膜片钳记录系统的操作和应用】(第六期)。时间 2024126-8;地点 南通

【神经科学前沿技术整合:当在体电生理邂逅光遗传】(第二期),时间 待定(周六至周一);地点 南京

全国前沿组织透明化与三维成像理论和技能培训班(第二期),时间 待定;地点 武汉

【疾病研究与动物行为学系列】

阿尔兹海默症最新研究进展和热点与动物行为学实验设计思路和数据分析(第二期。时间 2025323(周日),地点 线上

“理论知识,操作技能,科研思维”
报名方式:15108204441(电话)Wang_Sizhen(微信)
(点击标题阅读全文)

逻辑神经科学”微信群:文献学习

扫码添加微信,并备注:逻辑-文献-姓名-单位-研究领域-学位/职称
(注:不按要求格式备注,则不通过好友申请)
     

编辑︱王思珍
本文完

逻辑神经科学
以逻辑之学术思维,探索神经科学奥秘;汇百家争鸣,促求真明理。
 最新文章