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原创研究|基因工程与纳米药物，开辟阿尔茨海默病精准靶向和协同治疗新航道

2024-07-22作者：李稳资讯

原创

研究背景

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）是最常见的神经退行性疾病，也是造成痴呆的主要原因。目前针对AD的治疗策略存在血脑屏障（Blood-brain barrier, BBB）通过率低、病灶靶向性差和治疗靶点单一等问题，开发新型有效的AD治疗药物是亟须解决的问题。纳米技术的发展为AD的治疗提供了新机遇。其中细胞膜包被纳米材料作为新型纳米载体，可以实现具有生物相容性和多种生物功能的纳米药物制备。基于AD治疗研究现状，本研究提出一种新型杂交细胞膜纳米药物，旨在构建具有通过BBB和靶向颅内炎性病灶功能的纳米载体，并通过负荷双联药物实现多靶点治疗。

研究方法

本研究通过基因工程技术和脂质体挤出融合技术，构建杂交细胞膜纳米载体。该载体一方面通过血小板膜提高血脑屏障通过率，另一方面通过高表达趋化因子受体2（CCR2）的HEK293T细胞膜以实现颅内炎性病灶靶向功能。在杂交细胞膜脂质体内同时包载自噬增强剂雷帕霉素和抗炎药物TPPU，针对AD病理进行双靶点协同治疗（图1）。

图1杂交细胞膜纳米药物制备和治疗机制示意图

研究结果

首先，该研究对血小板膜和HEK293t细胞膜进行分离纯化（图2）。通过免疫杂交技术，发现血小板特征性蛋白CD41、CD61和CD62P在细胞膜上富集；此外，基于基因工程技术修饰的HEK293t细胞膜表面有大量的CCR2蛋白表达。

图2血小板和HEK293t细胞膜纯化分离

后续通过脂质体挤出融合方法收集杂交细胞膜纳米载体（图3）。杂交细胞膜表面同时表达两种细胞膜组分的特征性蛋白并存在良好的共定位，表明成功制备杂交细胞膜纳米载体。

图3 杂交细胞膜纳米载体制备和验证

经AD模型小鼠尾静脉注射杂交细胞膜纳米载体，杂交细胞膜纳米载体可以通过BBB进入中枢神经系统，且发现增加血小板膜组分可显著提高纳米载体的BBB通过率（图4）。

图4 杂交细胞膜纳米载体在AD小鼠体内BBB通过情况

此外，该研究对高表达CCR2细胞或细胞膜的靶向能力进行体内外验证。体外实验发现高表达CCR2的HEK293t细胞对炎症因子趋化因子配体2（CCL2）具有更强的迁移能力（图5）。体内研究表明高表达CCR2蛋白的杂交细胞膜纳米载体在胶质细胞周围富集，展现出对颅内炎性病灶良好的靶向能力（图6）。

图5 高表达CCR2细胞系向炎症因子CCL2的趋化能力评估

图6 高表达CCR2的杂交细胞膜纳米载体对颅内炎性病灶的靶向情况

最后，该研究在AD模型小鼠中尾静脉注射不同组别的纳米药物以验证体内治疗效果。研究选取3月龄5xFAD小鼠，每周注射3次纳米药物，持续6周，后续进行行为学实验和AD相关病理验证实验评估药物疗效（图7）。

图7 纳米药物体内治疗效果验证实验设计

新物体识别和水迷宫行为学实验表明注射包载双联药物的杂交细胞膜纳米药物可以显著改善AD模型小鼠的认知缺陷（图8）。

图8 杂交细胞膜纳米药物显著改善AD模型小鼠认知缺陷症状

进一步评估杂交细胞膜纳米药物对AD病理的改善情况，发现杂交纳米载体包载双联药物可以减少AD小鼠脑内淀粉样蛋白斑块沉积，缓解胶质细胞激活和神经炎症，具有良好的疗效（图9）。

图9 杂交细胞膜纳米药物显著改善AD模型小鼠淀粉样蛋白斑块沉积和神经炎症

讨论

目前临床上仍缺乏治愈AD的有效药物。近年来，美国FDA批准了针对聚集型淀粉样蛋白的药物，但因其穿透BBB的能力有限，导致患者需要长期治疗才能显著降低大脑中的淀粉样蛋白水平。一项研究表明聚焦超声联合Aβ单抗可以增加药物向颅内递送，显著降低淀粉样蛋白负荷。因此，开发药物靶向递送载体可以更好地助力AD治疗。本研究设计的细胞膜包被纳米体系展现出精准递送、疾病特异性靶向和协同治疗的潜力。随着纳米技术和细胞生物学的不断进步，细胞膜包被纳米材料为更有效的治疗方案和更个性化的治疗策略打开了大门。

本文第一作者为浙江大学医学院附属第二医院林融融医师和浙江大学高分子科学与工程学系博士研究生金露露，共同通讯作者为浙江大学医学院附属第二医院吴志英教授和陶青青副主任医师及浙江大学高分子科学与工程学系毛峥伟教授。该工作得到了科技创新2030脑科学与类脑研究重大项目、浙江省重点研发计划、国家自然科学基金和浙江省自然科学基金的支持。

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