一种模仿中性粒细胞膜结构的药物递送系统,能够增强纳他霉素治疗真菌性角膜炎时的抗真菌和抗炎效果

时间:2026年2月6日
来源:Biomaterials Advances

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中性粒细胞膜生物模拟系统通过包裹含制霉菌素的明胶纳米颗粒,显著抑制黑曲霉生长并减少角膜炎症反应,为真菌角膜炎治疗提供创新方案。

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郑路通|段慧金|张丽娜|张朝阳|曲宇天|胡路文|陈向宁|韩晓迪|刘星|林静
青岛大学附属医院眼科,中国山东省青岛市江苏路16号,266000

摘要

真菌性角膜炎(FK)是一种可能致盲的感染性角膜疾病。真菌侵入角膜组织以及由此引发的炎症反应是导致角膜快速损伤的主要因素。尽管纳他霉素(NAT)是治疗FK的一线药物,但由于其抗炎效果不佳、水溶性低、需要频繁给药以及会对眼表造成明显刺激等缺点,其临床疗效面临挑战。在本研究中,我们旨在开发一种新型的中性粒细胞膜仿生药物递送系统,以克服NAT的这些问题,并增强其在治疗FK中的抗真菌和抗炎效果。我们利用β-葡聚糖刺激后的中性粒细胞膜(βNM)构建了一种名为G-NAT@βNM的仿生递送系统,该方法通过将纳他霉素封装在明胶纳米颗粒中实现。新型G-NAT@βNM系统表现出更强的抑制烟曲霉(Aspergillus fumigatus)生长的能力,能够破坏真菌细胞壁和膜结构,并显著减少孢子附着和生物膜形成。在体内实验中,G-NAT@βNM显著减轻了角膜病变,减少了真菌负荷,限制了炎症细胞的浸润,并抑制了关键的炎症细胞因子。体外实验也证实了其抗炎活性。这些发现表明,中性粒细胞膜仿生药物递送系统(G-NAT@βNM)为FK的治疗提供了一种创新且有效的方法。

引言

真菌性角膜炎(FK)是一种由病原真菌侵入引起的感染性疾病[1]。它常导致不可逆的视力损害或眼部组织破坏,被认为是导致失明的主要原因之一[2],[3]。FK最常见的致病菌是酵母菌和丝状真菌,其中镰刀菌(Fusarium)和烟曲霉(Aspergillus fumigatus)是最主要的病原体[4],[5],[6]。植物引起的角膜损伤是真菌感染的重要风险因素。在这一过程中,真菌孢子穿透角膜上皮并侵入基质层,引发强烈的炎症反应,最终导致角膜组织损伤[7]。
纳他霉素(NAT)是目前获得FDA批准用于治疗FK的一线药物[8]。临床实践中,通常通过眼药水形式给药[9]。然而,NAT在治疗FK时仍存在一些缺点,如抗炎效果不佳、水溶性低和生物利用度低,这些因素限制了其临床应用[3],[8],[10]。此外,频繁使用眼药水可能导致眼部刺激和疼痛等不良反应,从而降低患者的依从性[11]。因此,亟需一种更高效、新型的药物递送系统。
作为抗真菌治疗载体的新型材料的研究取得了显著进展,尤其是针对NAT的递送系统[12],[13]。研究者们采用了脂质体、新型介孔材料、自组装纳米颗粒和固体脂质纳米颗粒(SLNs)等策略来提升NAT的效果[14],[15]。虽然这些方法在一定程度上提高了药物的溶解度和稳定性,但它们仍存在药物载量有限和长期生物相容性不足的问题。基于细胞膜的仿生递送系统在这方面显示出独特优势。该系统利用天然细胞膜包裹药物纳米颗粒,既能实现药物递送,又能保持源细胞的功能[16],[17]。这显著提高了药物载量效率,并实现了更持久的药物释放,从而在眼表维持有效的治疗浓度[18],[19],[20]。
中性粒细胞因对炎症刺激的快速趋化反应及其高效招募到炎症部位而受到广泛关注。中性粒细胞膜仿生药物递送系统不仅保留了脂质体等纳米载体的高药物载量和低免疫原性,还因其源细胞具有的炎症趋化特性而增强了免疫调节功能[21],[22],[23]。具体而言,中性粒细胞膜表面的膜蛋白能够与多种炎症细胞因子结合并相互作用,阻断它们与真实中性粒细胞的相互作用,从而有效抑制炎症级联反应[21]。最近的一项研究使用中性粒细胞膜包覆的纳米脂质体作为莱昂莱宁(leonleonine)的递送载体,证明该系统不仅具有显著的缓释效果,还具有良好的生物相容性。在tMCAO大鼠模型中,该系统显著减少了脑组织损伤并抑制了过度的炎症反应[24]。此外,与未激活的中性粒细胞膜包覆纳米载体相比,用脂多糖(LPS)激活的中性粒细胞膜包覆的纳米载体显著增强了肿瘤靶向能力和炎症趋化性[25]。
明胶纳米颗粒(GNPs)是通过部分水解胶原蛋白获得的,因其在生物医学领域的广泛应用而受到广泛关注[26]。与合成纳米颗粒相比,GNPs具有生物相容性、低抗原性、可生物降解性、水溶性、易获取性和低成本等优点[27],[28]。
在本研究中,我们创新性地设计了一种中性粒细胞膜仿生药物递送系统(图1)。该系统(G-NAT@βNM)以明胶纳米颗粒作为纳他霉素的纳米载体核心,并在其表面包覆β-葡聚糖刺激后的中性粒细胞膜(βNM)。这种递送方式使得纳他霉素能够同时从纳米颗粒核心和膜涂层中持续释放,显著增强了对抗烟曲霉(Aspergillus fumigatus)的效果。此外,该系统还能有效抑制感染部位的炎症细胞因子,显示出良好的抗炎潜力。因此,基于这些发现,G-NAT@βNM可能成为治疗真菌性角膜炎的一种创新且有效的方法。本研究为真菌性角膜炎的治疗提供了新的见解和潜在的药物治疗方案。

材料

牛皮来源的B型明胶、PMSF、β-葡聚糖、结晶紫、二甲基亚砜(DMSO)和Giemsa染色液购自Solarbio(北京,中国)。纳他霉素(NAT)来自Macklin(上海,中国)。碘化丙啶(PI)染色剂和CCK-8试剂盒由MCE(美国)提供。Calcofluor白染色剂(CFW)购自Sigma(美国)。FITC快速标记试剂盒和红色荧光染料Dil Kit购自Beyotime(上海,中国)。IL-1β和IL-6的ELISA试剂盒

HL-60细胞向中性粒细胞的分化与激活

最初,我们使用HL-60细胞作为体外中性粒细胞的替代模型,因为它具有独特的向中性粒细胞样细胞分化的能力[33],[40],[41]。HL-60细胞在1.25% DMSO的作用下分化为中性粒细胞样细胞(dHL-60)。PCR结果显示分化后CD11b mRNA水平显著升高(图1A)。流式细胞术分析进一步证实了CD11b蛋白的表达增加

结论

本研究开发了一种中性粒细胞膜仿生药物递送系统,该系统在安全性、持续疗效和效率方面具有优势,是治疗真菌性角膜炎的有效方法。它克服了纳他霉素的局限性,能够在较低浓度下实现有效治疗,从而减少眼药水的使用频率。该系统能有效抑制烟曲霉(Aspergillus fumigatus)的生长,破坏其菌丝细胞壁和膜结构,并减少孢子附着

CRediT作者贡献声明

郑路通:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿撰写,方法学研究,实验设计,数据分析。段慧金:撰写 – 审稿与编辑,方法学研究,数据管理,概念构思。张丽娜:项目监督,资源协调。张朝阳:资源获取,实验实施。曲宇天:数据可视化,数据管理。胡路文:实验研究。陈向宁:方法学研究。韩晓迪:资源支持。刘星:撰写 – 审稿与编辑,项目监督,资源协调

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了山东省自然科学基金(项目编号:ZR2023MH068)的支持。郑路通和段慧金对本工作做出了同等贡献。

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