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在世界范围内，中枢神经系统(CNS)相关疾病已经成为各年龄段患者中致病率和致死率最高的一类疾病。尽管多年来对于中枢神经相关疾病的科学和临床研究一直未有停歇，然而针对这类疾病的治疗方法仍然极其有限。其中需要面临的最大挑战是如何有效地跨越血脑屏障，将药物，尤其是大分子药物，投递入中枢神经系统。因此，开发新型、普适性强、并能跨越血脑屏障的药物投递平台，将是治疗中枢神经相关疾病的关键突破。
卢云峰教授
UCLA卢云峰教授团队
近日，美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)卢云峰教授团队在材料学领域的综合性权威期刊Advanced Materials (2018年，IF：21.950)上发表封面文章(图1)，题目为“A Bioinspired Platform for Effective Delivery of Protein Therapeutics to the Central Nervous System”，报道了新型中枢神经系统投递平台，通过将蛋白类药物包裹在含有胆碱和乙酰胆碱类似物的纳米胶囊中，实现高效的中枢神经系统投递。该研究论文的第一作者为吴迪博士。
图1：研究成果发表于材料领域权威期刊Advanced Materials.
尽管血脑屏障对进入中枢神经系统的分子具有极其苛刻的选择性和限制性，但为满足大脑内部的营养及信号转导需求，其对某些分子如乙酰胆碱和胆碱却有大量的受体表达和高效的转运机制。受其启发，研究者利用纳米胶囊技术将含有胆碱和乙酰胆碱的类似物(2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC))包裹于蛋白类药物表面，在胆碱转运体及乙酰胆碱受体的介导下，使蛋白类药物得以高效的穿透血脑屏障，进入中枢神经系统(图2)。
图2：纳米胶囊的制备及中枢神经系统投递原理示意图
为显示该方法的普适性，研究者利用纳米胶囊运载了多类蛋白分子，如牛血清蛋白(BSA)，辣根过氧化物酶(HRP)，利妥昔单抗(RTX)和神经生长因子(NGF)等。透射电子显微镜下，纳米胶囊显示为表面为中性，直径为30纳米的球形分子，利用可降解交联剂的断裂使纳米胶囊破裂从而实现蛋白载体的有效释放(图3)。
图3：纳米胶囊水合半径(a)，表面电性(b)，形貌(c)，释放(d)及释放后蛋白分子活性(e，f)的测定
在小鼠和恒河猴动物模型中，该技术的中枢系统投递效率得到了有效的验证。纳米胶囊包裹的蛋白在小鼠的体内分布实验中，显示出高于未包裹的蛋白对照组40余倍的投递效率。同时，静脉注射一天后在采集到的恒河猴的脑脊液中，通过透射电子显微镜研究者观察到大量的具有相同大小(30 纳米)和形貌的纳米胶囊分子。其在恒河猴脑脊液中的浓度最高可达血液浓度的5.6%。研究者还发现，该纳米胶囊的中枢神经系统投递效率具有显著的剂量依赖性，提高静脉注射浓度可显著提高其中枢神经系统投递效率，这意味着该投递效率仍有巨大的提升空间(图4)。
图4：纳米胶囊小鼠体内分布(a)，恒河猴脑脊液中纳米胶囊形貌(b)，浓度(c)及脑脊液浓度占血浆浓度百分比(d)
由于该方法制备简单，高度适用于各种蛋白药物，中枢神经系统投递效率高，并具有良好的生物安全性，这一技术为蛋白类药物用于中枢神经系统相关疾病的治疗开辟了全新的道路，具有重大的理论研究和临床转化意义。
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