苏州纳米所张智军研究员等ACS Nano：活性氧响应的Janus纳米粒子用于肺纤维化治疗中的药物递送及干细胞长时程CT示踪研究

2023-04-06

       特发性肺纤维化（IPF）是一种常见的慢性进行性肺间质疾病，致死率高，目前临床上缺乏有效的治疗手段。最近研究表明，通过间充质干细胞（MSCs）的体内移植可以有效改善IPF的治疗效果。然而IPF肺部炎症、纤维化及高浓度活性氧（ROS）等恶劣的微环境造成移植MSCs存活率低、功能差，且MSCs治疗IPF的作用机理尚不清楚，这些都极大地限制了其临床应用。

      针对上述问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张智军研究员等研制了一系列功能化纳米材料用于干细胞CT成像示踪及药物递送，改善干细胞对IPF的治疗效果（Chem. Eng. J. 2023, 459, 141603; Biomaterials, 2022, 288, 121731;Nanomed: NBM, 2022, 41,102517）。在此基础上，最近研究人员设计、构建了一种多孔二氧化硅包覆的核壳型Janus（“两面神”）金基纳米粒子，其表面一半修饰疏水性磷脂，另一半修饰亲水性活性氧（ROS）响应型聚乙二醇（PEG）。这种不对称修饰的Janus纳米粒子能够粘附在细胞膜表面，而不被内吞入胞内，同时可以有效负载肺纤维化治疗药物吡非尼酮（PFD）。这种载药的Janus纳米粒子标记在干细胞表面，当其移植到IPF小鼠肺部后，药物在疾病部位ROS刺激下缓慢释放。当药物释放后，该纳米粒子能够快速被细胞内吞，从而实现对移植干细胞的长时程CT活体示踪（图 1）。

       Janus-PFD纳米粒子标记的MSCs移植到IPF小鼠肺部后，研究人员利用CT成像技术实现了对体内移植干细胞的位置、分布、迁移等行为长达60天的实时可视化追踪（图2）。组织病理切片结果进一步发现，负载PFD药物的纳米粒子标记的干细胞对IPF的治疗效果明显优于干细胞单独治疗组，揭示了IPF治疗过程中药物与干细胞的协同作用（图3）。

      综上，研究人员设计、构建了一种新型Janus纳米粒子，同时实现了移植干细胞的长时程CT成像示踪、ROS 响应的药物释放以及干细胞和药物协同增强的IPF治疗。相关成果近期以“ROS-Responsive Janus Au/Mesoporous Silica Core/Shell Nanoparticles for Drug Delivery and Long-Term CT Imaging Tracking of MSCs in Pulmonary Fibrosis Treatment”为题在线发表于国际学术期刊ACS Nano。苏州纳米所博士生李晓迪为第一作者，黄洁副研究员和张智军研究员为共同通讯作者。该工作获得国家自然科学基金等的支持。

       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c11112

图1. Janus-PFD纳米粒子的合成及其用于移植干细胞CT成像示踪结合活性氧响应性药物释放协同治疗IPF示意图。

图2.（A）移植后不同时间Janus-PFD标记MSCs的体内micro-CT图像，轴向切面（第1行）和相应的冠状切面（第2行），（B）移植MSCs在不同时间的三维重建图，（C）移植后28 d标记MSCs的三维重建图（黄色为肺部，红色为移植的MSCs），（D）移植MSCs在不同时间点的CT信号体积和（E）CT平均值。

图3. 移植后28 d各组（Control、BLM诱导IPF模型组、Janus标记干细胞治疗组、Janus-PFD标记干细胞治疗组）小鼠肺组织的（A）H&E和（B）Masson染色及其梯度图，各组小鼠（C）肺组织间质和（D）胶原面积比例定量。