分子相互作用相互儀（MP-SPR）在藥物遞送納米載體方面的應(yīng)用

       納米載體正被廣泛研究作為癌癥和基因治療等藥物輸送系統(tǒng)。研究了嵌段共聚膠束(LMP)作為黏附性眼部給藥載體。采用多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)測定了粘蛋白表面膠束和殼聚糖的相互作用參數(shù)。隨著納米顆粒中苯硼酸(PBA)含量的增加，膠束粘附力略有增加。

      在另一項研究中，使用MP-SPR測量了C3b分子與脂質(zhì)體的結(jié)合。C3b是先天免疫系統(tǒng)的一部分，它作為一種調(diào)理劑增強吞噬作用(更具體地說，標(biāo)記細胞進行吞噬)。C3b對聚乙二醇化寡聚胍脂質(zhì)修飾(OGP + PEG)脂質(zhì)體的親和力為K_D = 7.2 × 10⁻⁸ M，表面質(zhì)量密度Γ = 120 ~ 200 ng/cm²。不含PEG的脂質(zhì)體上的結(jié)合水平較高。

簡介

       納米載體的臨床安全性可以通過降低其免疫原性或增加其細胞靶向能力來提高。納米載體也被廣泛優(yōu)化，以改善藥物在嚴(yán)密的生物屏障上的傳遞，這些生物屏障是難以克服的，如血腦和血血管屏障。

      表面等離子體共振(SPR)是一種實時、無標(biāo)記地測量分子相互作用(如藥物和蛋白質(zhì)相互作用)的常用方法。多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)將SPR的適用性從分子相互作用測量擴展到納米顆粒/靶標(biāo)和納米顆粒/細胞相互作用的更基本的研究，包括材料表征。

     MP-SPR儀器可以在寬角度掃描范圍(40-78度)和多個波長下進行獨特的測量，因此使其成為納米顆粒和細胞研究的寶貴系統(tǒng)。MP-SPR實時測量吸附，同樣的測量允許計算層厚度。此外，MP-SPR Navi™儀器流體很容易調(diào)節(jié)納米顆粒和樣品的研究，同時仍然保持無堵塞的操作。

    MP-SPR儀器的光學(xué)設(shè)置可以同時測量多個光學(xué)參數(shù)。參數(shù)的相互關(guān)系允許使用PureKinetics™功能對干擾體信號進行簡單的在線表征，并允許對體進行實時校正。當(dāng)使用改變緩沖液時，或者當(dāng)不存在最佳參考表面時，例如在分子或納米顆粒與脂質(zhì)層或材料相互作用期間，這是非常有用的。

材料和方法
 

研究一

      合成了一系列嵌段共聚物膠束(LMP =聚(L -丙交酯)-聚(b-聚(甲基丙烯酸-co-3-丙烯酰胺苯基硼酸))，其中苯基硼酸(LMP-0、LMP-5、LMP-10、LMP-20和LMP-30)的用量增加。通過動態(tài)光散射測定，脂質(zhì)體的大小從36 nm (LMP-0)到64 nm (LMP-30)不等。脂質(zhì)體和殼聚糖在粘蛋白表面相互作用50分鐘(圖1.A)。以殼聚糖(1 mg/mL)相互作用為陽性對照，觀察其對粘膜粘附的影響。在100 μg/mL牛頜下腺粘蛋白(4 kDa)中，20℃孵育24小時，形成粘蛋白層。SPR測量使用SPR Navi™200儀器在模擬淚液(STF;23.1mM KCl, 20.0mM NaHCO₃, 1mM CaCl₂·2H₂O, 113.5mM NaCl;pH 7.4)，流速50 μL/min，溫度22℃。

研究二

     Kari等人(2016)測量了人類天然補體成分C3b (180 kDa)與修飾脂質(zhì)體的相互作用動力學(xué)。涂有羧甲基葡聚糖水凝膠(6 kDa)的金傳感器載玻片用十二烷基脂質(zhì)錨點功能化，然后將脂質(zhì)體固定在表面(圖1.B)。研究了帶和不帶聚乙二醇的低聚胍基脂衍生物(OGD)帶正電荷的脂質(zhì)體。MP-SPR測量采用SPR Navi™200-L儀器(每個流道分別在670 nm和785 nm波長處)，溫度為20℃，流速為100 μL/min。所研究的C3b濃度分別為0.00833、0.0833和0.833 μM。使用TraceDrawer™和LayerSolver™軟件對數(shù)據(jù)進行分析。
 

圖1所示。(A)多參數(shù)表面等離子體共振(MP-SPR)測量納米顆粒與表面固定化分子的結(jié)合:研究了嵌段共聚物膠束(LMP)與黏液表面的結(jié)合，用于黏液黏附眼部給藥。(B)分子與表面附著納米顆粒的結(jié)合:研究了調(diào)理劑C3b與改性脂質(zhì)體基納米顆粒的結(jié)合，以評估納米載體的免疫反應(yīng)。
 

結(jié)果和討論
 

研究一

      總的來說，主要目標(biāo)是提高眼科藥物的生物利用度。研究了黏附納米載體以改善藥物的眼部遞送。隨著納米粒子PBA含量的增加，LMP膠束的黏附性增加，然而，表面出現(xiàn)飽和，因此額外的PBA并沒有大大增加黏附性(圖2)。結(jié)果表明，更高的PBA成分可能不會顯著地對臨床結(jié)果更有利。
 

圖2所示：測定了不同苯基硼酸(PBA)含量(LMP-0、-5、-10、-20和-30)的嵌段共聚物膠束與粘蛋白的結(jié)合。膠束的黏附力隨PBA含量的增加而增加，并在LMP-10后達到平穩(wěn)期。以殼聚糖與粘蛋白結(jié)合為陽性對照。在MP-SPR固定角度模式下進行測量。
 

研究二

       研究了脂基納米載體的免疫反應(yīng)。與有PEG的脂質(zhì)體表面相比，無PEG的OGD表面上C3b結(jié)合的MP-SPR響應(yīng)明顯更大(圖3)。無PEG的OGD脂質(zhì)體上C3b的表面質(zhì)量密度(Γ)為~410 ~ 680 ng/cm²，聚乙二醇化脂質(zhì)體上C3b的表面質(zhì)量密度為Γ ~120 ~ 200 ng/cm²。C3b對OGD脂質(zhì)體的親和力K_D = 3.8 × 10⁻⁸ M，對OGD + PEG脂質(zhì)體的親和力KD = 7.2 × 10⁻⁸ M明顯較弱。由此可見，不含PEG的OGD脂質(zhì)體誘導(dǎo)的活化相關(guān)反應(yīng)較大。這可能導(dǎo)致補體系統(tǒng)(免疫系統(tǒng)的一部分)的表面誘導(dǎo)激活。除了相互作用外，還使用LayerSolver™軟件測定脂質(zhì)層厚度和折射率。OGD脂質(zhì)體層厚40.4±9.3 nm，聚乙二醇化OGD脂質(zhì)體層厚44.4±4.2 nm(圖4)。
 

圖3。C3b與低聚胍脂修飾(OGD)脂質(zhì)體的結(jié)合。不含PEG的脂質(zhì)體的結(jié)合明顯更強。測量在MP-SPR的角掃描模式下進行。

圖4。測定脂質(zhì)體沉積前后的全SPR曲線。使用LayerSolver™計算脂質(zhì)體層的厚度(d)和折射率(n)。
 

結(jié)論

       MP-SPR Navi™是納米載體開發(fā)的優(yōu)秀工具。它可以實時測量納米粒子的相互作用，無需標(biāo)記。MP-SPR還可以計算層厚度和折射率，這可以用來確保顆粒在表面的構(gòu)象。MP-SPR方法基本上適用于測量任何材料，因此可以研究金屬、聚合物和脂質(zhì)納米顆粒。使用納米顆粒的檢測可以被安排在傳感器表面(圖1B)，或者它們可以自由地漂浮在修改后的傳感器表面上方的緩沖流中(圖1A)，從而為檢測開發(fā)提供了幾種選擇。