主动脉瘤治疗黑科技纳米粒子疗法

主动脉瘤治疗黑科技 纳米粒子疗法

——纳米粒子疗法为主动脉瘤治疗提供了希望

主动脉瘤是主动脉的凸起，主动脉是最大的血管，将富含氧气的血液从心脏输送到身体其他部位。吸烟、高血压、糖尿病或受伤均可增加动脉瘤的风险，而65岁以上的高加索男性吸烟者更容易发生动脉瘤。

研究通讯作者是理海大学 (Lehigh University) (米国宾夕法尼亚州)工程与应用科学学院生物工程系主席Anand Ramamurthi教授，Ramamurthi指出：

构成血管的软组织本质上就像橡皮筋，正是这些组织中的弹性纤维使血管得以伸展和弹回。这些纤维主要在出生前和出生后产生。之后，它们就不会再生或在受伤后进行自然修复。因此，当它们受伤或患病时，组织会减弱并导致动脉瘤，而动脉瘤会随着时间的推移而增长。大约7到10年后，通常会达到破裂阶段。

理海大学 (Lehigh University) (米国宾夕法尼亚州)，创校于1865年

在此期间，没有治疗方法。通过影像学检查对患者进行定期筛查，以监测动脉瘤的生长速度。一旦它被认为大到可能破裂 (90%的情况下是致命的)，手术是唯一的选择。但这对老年患者来说是有风险的。

Ramamurthi和他的团队正在研究使用聚合物或生物纳米胶囊 (称为纳米颗粒) 来再生和修复这些弹性纤维的微创方法，这种纳米胶囊旨在释放新的再生疗法。他们的创新技术可以在动脉瘤被发现后很快进行治疗，并有可能减缓、逆转甚至阻止其生长。

他们最近发表在《生物医学材料研究杂志》（Journal of Biomedical Materials Research）上的论文的发现，建立在他们早期工作的基础上，代表着向“手术不再是最好的、唯一的治疗选择”的未来迈进了一步。

研究者指出：

在之前的研究中，我们已经确定了药物和基因沉默剂，它们实际上可以诱导成人患病的血管细胞产生新的弹性纤维，并抑制破坏现有纤维的酶。

我们也一直在研究如何只在组织修复部位有效地递送这些治疗药物。

该团队还开发了一种被称为主动靶向的纳米颗粒设计，它在纳米颗粒表面合并了小的蛋白质碎片或肽。这些肽识别动脉瘤组织特有的成分。所以当纳米颗粒被注射到血液中时，它们只会粘在动脉瘤壁上，在那里它们会慢慢降解并释放药物。

在这篇论文中，研究人员研究了纳米粒子如何真正穿透血管壁，将药物运送到受影响的组织。

所有的血管都衬有由内皮细胞构成的保护屏障，当组织损伤或疾病引起的炎症破坏内皮并在细胞之间产生间隙时，内皮细胞可能会“渗漏”。这些缝隙允许白细胞进入并启动组织修复过程，它们也是加速愈合的纳米颗粒的入口。

研究者表示：

我们想知道这些纳米粒子的形状和纵横比如何影响它们穿过内皮细胞屏障的能力。

这是一个需要回答的关键问题，因为并不是所有的纳米颗粒都是一样的，如果它们不能穿透屏障，就不能修复组织。

Ramamurthi和他的团队开发了一种新的细胞培养模型，在其中他们模拟了疾病，然后研究了输送机制：

具体来说，不同种类的纳米颗粒如何与内皮细胞相互作用并穿过它们。它们是通过内皮细胞之间的间隙进入的 (这一过程被称为外渗 [extravasation]) 还是通过细胞本身进入的 (被称为易位 [translocation])？

研究者指出：

假设纳米颗粒穿过内皮细胞。其中一些可能会留在细胞内，而不会从另一边出来，这意味着你失去了那个粒子，它对愈合过程不再有用。我们的目标是最小留存的运输。

研究小组发现，与球形颗粒相反，具有高纵横比 (即长而细而非短而粗) 的棒状颗粒被病变的内皮细胞选择性地摄取。

研究者指出：

与球形颗粒相比，它们被健康内皮细胞摄取很少，这很好，因为我们不希望它们与健康的血管壁相互作用。

他们还发现，颗粒主要通过外渗 (或通过细胞间隙) 到达组织。它们越长越细，就越不可能留在内皮细胞层，这意味着他们可以通过受影响的组织进行更有效的治疗。

该团队现在将把这些发现与他们在动物模型中的主动靶向工作结合起来，即在识别病变细胞表达的蛋白质的纳米颗粒表面结合组件。

最终目标是开发一种能够减缓动脉瘤生长的非手术再生疗法。例如，将目前从生长到破裂的阶段从7年增加到15年。

研究者指出：

一个更有野心的结果是逆转这种增长。

动脉瘤生长的消退将是首选的长期结果。这还有很长的路要走，但我们很兴奋，因为这些发现将帮助指导我们如何设计纳米颗粒，以更有效地递送到动脉瘤壁。这是一个接近现实的机会。

附 1：研究概要

腹主动脉瘤 (AAAs) 是腹主动脉壁的局限性、易破裂的扩张。在这种情况下，主动脉壁的结构细胞外基质(ECM)蛋白、弹性纤维和胶原纤维 (分别赋予弹性和硬度) 在损伤刺激后被过度表达的基质金属蛋白酶 (MMPs) 缓慢降解。上述研究团队正在寻求使用能够刺激现场基质再生和修复的聚合物纳米粒子 (NPs) 向腹主动脉瘤壁提供治疗。

该研究旨在确定NP的形状和大小如何影响内吞作用和从循环进入腹主动脉瘤壁内侧的内皮细胞 (EC) 层的迁移。首先，基于PLGA纳米粒的机械拉伸，研究团队制备了棒状纳米粒，同时将其嵌入PVA膜中，并根据PVA膜的拉伸程度制备了较长的棒状纳米粒。

活/死实验表明他们的聚(乳酸-羟基乙酸共聚物) (PLGA) NP是安全的，不会导致细胞死亡。免疫荧光染色显示，细胞因子的激活通过增加炎症标志物整合素αVβ3的表达和减少黏附蛋白血管内皮(VE)-钙黏蛋白的表达导致内皮细胞功能障碍。

该团队的研究表明，这种破坏使纳米颗粒的EC摄取和转运增加。荧光研究表明，与健康对照细胞相比，在细胞因子激活的内皮细胞中，杆状NPs具有较高的内皮迁移和内吞能力，这表明使用较高的纵横比(AR) NPs在动脉瘤部位聚集有益。

他们还证明了NP跨活化EC层迁移的机制依赖于NP AR。这些结果显示了利用形状作为一种模式来增强NP对动脉瘤壁的渗透的潜力。这些研究对于理解纳米粒子可能参与的穿透动脉瘤壁段内皮层的机制也具有重要意义。

原文图1 用乳化法制备纳米球。

原文图2 通过机械拉伸产生纳米棒。

原文图3 球形和棒状纳米粒子的AFM显微照片。

原文图4 在图形查看器PowerPoint中打开球形和棒状纳米粒子的SEM显微图。

原文图8 细胞因子活化对球形和杆状纳米颗粒在RAOECs (大鼠主动脉内皮细胞) 中的迁移和移位的影响

附 2：研究背景信息

腹主动脉瘤 (AAA) 是腹主动脉壁的局限性扩张，常发展为致死性破裂。腹主动脉瘤的病理生理学始于腹主动脉壁的初始局部损伤，这是由常见的危险因素 (高龄、吸烟、高血压或遗传) 共同作用引起的。

这种损伤可启动一系列事件，包括炎症和免疫细胞的慢性募集和浸润。这些免疫细胞产生促炎细胞因子，提示血管平滑肌细胞 (SMCs) 和巨噬细胞产生基质金属蛋白酶 (MMPs)。

MMP酶可分解弹性蛋白和胶原纤维，这两种纤维分别是主动脉壁的关键成分，它们分别提供强度、弹性拉伸和回弹能力。到目前为止，还没有建立以非手术药物为基础的方法来逆转或阻止小的AAA在破裂前的扩张。

上述研究团队正在解决的一个主要挑战是开发再生纳米疗法，在蛋白水解组织环境中局部刺激动脉瘤平滑肌细胞，使其再生新的弹性纤维或重新组装预先存在的被破坏的弹性纤维，这些过程在自然状态下非常缺乏。

他们正在研究一种基于AAA的多模态平台方法，通过静脉输注的生物可降解聚合物纳米粒子(NPs)局部释放一种具有促弹性和抗蛋白水解特性的活性剂。

要将纳米粒子从循环系统有效转运到腹主动脉瘤壁组织，关键在于要越过壁组织和血液交界处的内皮细胞 (ECs)。内皮细胞在调节血管张力、血管生成、血管愈合、SMC增殖、纤维化和炎症中起关键作用。

因此，在AAA节段，由局部过度表达的细胞因子触发的内皮细胞激活和功能障碍有助于AAA的病理生理。这可以促进细胞和其他部分通过内皮细胞之间的间隙从血液外渗到血管壁内膜下的中层，也可能通过内皮细胞活化特异性的跨内皮大分子转运机制。

该研究的目的是研究生物可降解聚合物纳米颗粒(NPs)的大小纵横比(AR)：

(a)如何影响活化内皮细胞的跨内皮转运(相对于健康内皮细胞)；以及

(b)决定跨内皮转运的主要机制 (外渗 vs.细胞内摄取和转运机制)。

该研究将指导纳米颗粒的定制设计，使其特异性和高效地递送到腹主动脉瘤壁，同时避免被健康血管节段摄取。