▷2024/12/24
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本文导读
神经损伤是缺血性中风死亡和残疾的主要原因，但向脑缺血和缺氧区域有效输送药物对神经保护治疗构成重大挑战。
为此，复旦大学沙先谊教授等多团队联合设计了一种仿生纳米马达（Pt@LF）以促进神经保护剂的深度输送并抑制缺血性中风中的铁死亡。
由于载脂乳铁蛋白（Apo-LF）的主动靶向能力和纳米马达的自推进运动特性，Pt@LF穿过血脑屏障并渗透到深部脑缺血缺氧区域。随后，Pt@LF 通过机械溶栓松弛血栓并缓解 “无回流 ”现象。由于各种酶样能力和多靶点铁死亡抑制能力，Pt@LF 改善了炎症微环境并挽救“垂死的”神经元。Pt@LF 在体外和体内表现出显著的深度渗透和神经保护作用。
成果题名：Biomimetic Nanomotors for Deep Ischemia Penetration and Ferroptosis Inhibition in Neuroprotective Therapy of Ischemic Stroke
发表期刊：《Advanced Materials》
成果介绍
仿生纳米运动示意图
1、Pt@LF的结构与表征
以三嵌段共聚物Pluronic F127为模板制备Pt NCs。透射电子显微镜显示Pt NC为28.04±3.62 nm纳米簇，由3-4 nm的Pt纳米颗粒组成，晶格尺寸为0.231 nm。在Pt@LF和Pt@BSA的TEM图像中观察到白点分布在Pt NCs的孔隙和表面，表明Pt NCs与Apo-LF和BSA的有效结合。此外，能量色散谱仪和元素映射也证实了Pt@LF的成功构建。Pt@LF和Pt@BSA的流体动力学粒径相似，分别为62.85±1.12 nm和66.61±2.51 nm。
图2 Pt@LF的构造和表征
2、体外Pt@LF的多种酶样活性和运动行为
Pt@LF展现了高效的CAT和SOD样活性，能够在H2O2存在下逐步生成O2而不引发氧化应激，并且显示出自推进运动，利于深入缺血区。其SOD样活性可清除超过5%的·O2−，同时有效去除·OH和NH4+，并对Fe2+/Fe3+有显著的螯合作用，证明了它作为神经保护剂的潜力。
图2 Pt@LF体外多种酶样活性和运动行为
3、Pt@LF的体外靶向性和渗透能力
Pt@LF比Pt NC和Pt@BSA更容易被bEnd.3细胞内化，其摄取量分别是后两者的1.74倍和1.92倍；而在HT22细胞中，这一比例超过了2.5倍。表明Pt@LF能够有效地被脑内皮细胞和神经元吸收，展示出良好的脑靶向能力。使用三维神经球模型和CLSM检测发现，氧化应激条件下Pt@LF的荧光强度更高，几乎完全穿透了3D神经球。30µm切片上，Pt@LF在两种条件下的荧光强度也无显著差异，证明其在氧化应激环境中能有效穿透脑深部缺血-缺氧区。
图3 Pt@LF的体外靶向性和渗透能力
4、Pt@LF体外铁死亡抑制能力
利用DCFH-DA检测HT22细胞OGD/R模型中的ROS水平，结果显示OGD/R组ROS显著升高，而Pt@LF处理后，ROS水平降低了61.25%，不稳定铁池（LIP）参与Fenton反应，其含量增加会导致铁死亡。Pt@LF则显著提升了钙黄绿素MFI至91.98%，这得益于Apo-LF的铁螯合和ROS清除作用。在兴奋性毒性模型中，Pt@LF显著保护了SH-SY5Y细胞免受Glu/Gly诱导的线粒体膜电位丧失，细胞活力提高了7.20倍。CLSM和流式细胞术证实，Pt@LF有效恢复了线粒体膜电位。对于小胶质细胞，RSL3孵育后，M2型BV2细胞对铁死亡更为敏感，存活率低于M0和M1型。Pt@LF不仅保护了M2型小胶质细胞，还促进了其向抗炎M2表型转变，比例从14.16%升至31.60%，有助于调控局部炎症环境。总之，Pt@LF通过多种机制减轻了缺血-再灌注损伤的影响。
图4 Pt@LF体外抑铁能力
5、Pt@LF体内脑缺血靶向能力
构建tMCAO大鼠模型，评估cy7标记的Pt@BSA和Pt@LF的分布。静脉注射24h后，Pt@BSA组和Pt@LF组的脑荧光均增加，Pt@LF在脑中的积累量为Pt@BSA的1.47倍。这可能归因于lf修饰的纳米颗粒的大脑靶向能力和从血液到大脑的单向运输。冷冻脑切片研究了Pt@BSA和Pt@LF的精确靶向能力。结果表明，Pt@LF表现出更强的脑缺血靶向能力和高效的积累能力。
图5 Pt@LF在体内脑缺血区的靶向能力
6、Pt@LF对体内缺血性脑卒中的治疗作用
大鼠在缺血1.5小时后再灌注并静脉注射纳米马达。再灌注22.5小时后，测量脑梗死面积。Pt NCs将tMCAO大鼠的脑梗死面积从27.83%减少到16.38%。Pt@BSA和Pt@LF则更强，分别将梗死面积降至10.03%和4.69%。所有治疗组均改善了神经功能，尤其是Pt@LF，显著减少了圆周运动，使大鼠几乎恢复正常行走。MRI T2加权图像显示，tMCAO组有大面积脑水肿，但注射纳米马达后，脑水肿明显减轻，Pt@LF的效果尤为突出。因此，Pt@LF对脑缺血再灌注损伤展现了最优的治疗效果，这可能与其脑靶向特性和清除ROS、铁和NH4+以抑制铁死亡有关。
图6 Pt@LF对体内缺血性脑卒中的治疗作用
7、Pt@LF的体内神经保护机制
tMCAO大鼠在缺血1.5小时后再灌注。再灌注22.5小时后，评估脑组织变化。DCFH-DA检测显示，Pt@LF显著降低ROS水平。GPX4染色证实，Pt@LF增强了GPX4表达。NeuN染色证实，Pt@LF显著增加了缺血半暗带中的神经元数量。总之，Pt@LF通过多种机制提供了强大的神经保护作用。
图7 Pt@LF在体内的神经保护机制
总
结
研究设计了一种仿生纳米马达Pt@LF，结合了载脂乳铁蛋白（Apo-LF）的主动靶向能力与纳米马达的自推进运动特性，有效穿越血脑屏障（BBB），渗透至大脑缺血缺氧区域，从而增强了神经保护剂的深度输送。Pt@LF不仅通过机械溶栓缓解了“无回流”现象，改善了血液流动，还凭借其酶样能力和多靶点铁死亡抑制作用，调节了炎症微环境并挽救垂死的神经元，为缺血性中风的神经保护提供了创新的治疗策略。
文章来源：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202409176
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