近日，《自然-通訊》雜志以“Rapid transport of deformation-tuned nanoparticles across biological hydrogels and cellular barriers”為題，在線報道了中科院上海藥物所和國家納米科學中心合作的最新研究成果。
前期，中國科學院上海藥物研究所甘勇研究員和國家納米中心施興華研究員團隊結(jié)合分子動力學模擬和超分辨率顯微鏡技術(shù)，發(fā)現(xiàn)棒狀粒子特有的“旋轉(zhuǎn)-跳躍”運動方式能促進其在網(wǎng)格狀黏蛋白液體內(nèi)的擴散速度，可有效提高遞藥效率，并提出了一個考慮顆粒黏附效應的障礙-擴散理論模型。相關(guān)成果陸續(xù)發(fā)表于Nano Letters 16, 7176-7182 (2016)；固體力學旗艦期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids 112: 431-457 (2018)。同時，雙方又發(fā)現(xiàn)制約納米載體口服遞藥和腫瘤遞藥的共性生理因素：具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物凝膠（如黏液和腫瘤細胞間質(zhì)）在藥物載體抵達靶細胞前扮演了重要的阻滯作用，且單一調(diào)節(jié)載體的尺度、表面性質(zhì)等往往不能夠有效地克服遞藥過程中的多重生理屏障。
啟發(fā)于腫瘤細胞較正常細胞具有更低的楊氏模量（剛度），加速腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移和擴散，科研人員考察不同剛?cè)嵝约{米藥物載體在克服胞內(nèi)外多重屏障的能力。采用微流控技術(shù)，設(shè)計制備了以磷脂膜為殼、聚丙交酯乙交酯共聚物（PLGA）為核的納米顆粒載體。通過調(diào)節(jié)載體的力學性能，發(fā)現(xiàn)剛度適中的載體在生物凝膠中具有最高的擴散系數(shù)，且比不含PLGA內(nèi)核的脂質(zhì)體擴散系數(shù)提高10倍，進而擁有最優(yōu)的細胞攝取量和藥物遞送能力。相關(guān)高效遞藥效果也在生物體內(nèi)獲得了驗證。隨后，結(jié)合高分辨顯微鏡觀測和分子模擬技術(shù)，研究者對藥物載體的力學性能調(diào)節(jié)其在生物凝膠屏障中擴散的力學機制進行了解析，即顆粒越軟，易于變形，則載體與黏蛋白組織產(chǎn)生更強吸附影響其擴散；而過硬的顆粒不易變形，則容易陷入黏蛋白網(wǎng)絡(luò)，也難以實現(xiàn)高效擴散。進而發(fā)現(xiàn)剛度適中的顆粒具有適宜的變形能力，易于穿越生物凝膠、細胞膜等多重屏障，具有最優(yōu)的遞藥能力。這些發(fā)現(xiàn)將有助于科學家們利用物理屬性（如形狀、力學性能等）設(shè)計高效的藥物載體。
Snapshots and trajectories of NPs in mucus fibers.
該研究工作是在上海藥物所甘勇研究員和國家納米科學中心施興華研究員的指導下，分別由雙方所在課題組的俞淼榮博士、徐璐副教授（沈陽藥科大學）和田發(fā)林博士等人協(xié)作完成。研究工作同時得到了布朗大學高華健教授（美國工程院、科學院院士，中國科學院外籍院士）的指導建議。該研究得到國家自然科學基金和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的資助。來自上海交通大學和國家蛋白質(zhì)中心的研究人員以多種方式提供了支持和幫助。
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