牛乳房水肿是影响动物福利并导致畜牧生产经济损失的常见临床状况,因此有必要寻求更优的治疗策略。本研究开发了脂质体纳米载体,用于包载呋塞米(Furosemide, Fr)这一袢利尿剂,以及富含花青素的蓝莓提取物(blueberry extract, BE)这一天然抗氧化来源。通过DPPH测定证实了BE的抗氧化能力,其半数抑制浓度(IC50 )为27 mg/mL,并据此确定了脂质体制剂中所采用的浓度。所筛选制剂表现出278.5 ± 9.2 nm的流体动力学直径、0.28 ± 0.06的多分散指数,以及负Zeta电位,表明形成了纳米尺度囊泡。包封率分析显示,单一化合物体系具有中等装载水平(Fr:51.12%;BE:74.93%)。然而,在共载制剂中,包封率显著下降(Fr:0.8%;BE:28.02%),提示在所研究条件下呋塞米的掺入受到明显限制。傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)分析提示,脂质体基质与所包载化合物之间存在相互作用,同时保留了其主要官能团。然而,在所测试条件下,BE负载脂质体未表现出可检测的抗氧化活性,这可能与包封化合物对DPPH自由基的可及性受限以及脂质体制剂中的有效浓度降低有关。采用牛红细胞进行的血液相容性研究显示,溶血可忽略不计(< 5%),且与阴性对照相比无显著改变。此外,血液流变学评价表明,这些制剂不会对红细胞行为产生不良影响。总体而言,这些结果表明,尽管脂质体系统为包载BE及评估其理化性质和血液相容性提供了适宜平台,但在当前条件下与呋塞米的共载受到显著限制。上述发现强调,未来研究仍需进一步优化制剂参数,以实现有效共包封。
该研究发表于《Bioscience Nanotechnology》,聚焦于兽医纳米给药系统在牛乳房水肿中的潜在应用。牛乳房水肿是围产期奶牛常见的非感染性疾病,可引起乳腺间质液体积聚、乳房肿胀与不适,并进一步影响泌乳性能、增加继发性乳腺炎风险,因而兼具动物福利与畜牧经济层面的重要性。现有治疗中,呋塞米(Furosemide, Fr)作为袢利尿剂被广泛用于水肿控制,但其生物利用度有限,且经肾脏快速排泄,导致靶部位治疗持续性受限。与此同时,组织水肿相关炎症过程还可能促进活性氧(reactive oxygen species, ROS)生成,加重氧化应激与组织损伤。蓝莓提取物(blueberry extract, BE)富含花青素,具有抗氧化潜力,因此,将利尿治疗与抗氧化干预整合于同一递送平台,成为值得探索的策略。
基于此,研究人员提出利用脂质体(liposomes)作为纳米载体,同时递送具有不同理化性质的Fr与BE。脂质体由磷脂双分子层围绕水相核心构成,理论上可同时容纳亲水性与两亲性分子,从而为联合递送提供结构基础。本研究旨在构建共载Fr和BE的脂质体制剂,并从理化特性、包封性能、抗氧化表现、血液相容性及血液流变学行为等方面进行系统评价,以牛红细胞(bovine red blood cells, bRBCs)作为初步生物学模型,验证该体系在兽医应用前景中的基础可行性。
研究所用关键技术方法主要包括:采用固-液提取法制备富含花青素的蓝莓提取物,并以DPPH自由基清除实验测定其IC
50 ;以大豆磷脂酰胆碱(soy phosphatidylcholine, SPC)和硬脂酸构建脂质体,通过动态光散射(dynamic light scattering, DLS)和Zeta电位测量评价粒径分布与表面电性;利用体积排阻色谱(size-exclusion chromatography, SEC)、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱及傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析包封率及分子相互作用;样本方面,牛血来源于阿根廷屠宰场供人类食用后动物的离体血液;进一步通过溶血实验、吉姆萨染色显微观察及红细胞流变仪评估血液相容性和红细胞膜黏弹性参数。
研究结果如下。
Spectroscopic characterization of BE
研究人员首先对蓝莓提取物进行光谱学表征。蓝莓原料48.9 g最终获得6.18 g提取物,提取率为12.64%。紫外-可见光谱显示250–280 nm及500–545 nm两个特征吸收带,分别对应花青素芳香发色团取代基以及520 nm附近与黄烊离子相关的可见区吸收,说明所得提取物具有典型花青素光谱特征。荧光发射光谱在385 nm处出现最大发射峰,并呈现一定浓度依赖性,但较高浓度下出现猝灭现象。FT-IR检测到3350 cm
−1 、1630 cm
−1 和1000 cm
−1 等特征峰,分别支持羟基、芳香共轭双键以及C–O/C–C键的存在,进一步证明BE中含有花青素相关结构。
Free radical inhibition assay by DPPH
在DPPH自由基清除实验中,BE在一定浓度范围内呈线性抑制效应。研究人员据线性回归结果计算得到IC
50 为26.6 mg/mL,与摘要中约27 mg/mL一致。该结果证实自由态BE具有明确抗氧化能力,并为后续脂质体制剂中BE投料浓度的确定提供依据。研究同时指出,自然提取物经脂质体包载后其生物活性是否保留,需在具体体系中实验验证。
Obtaining and characterization of liposomal formulations
在脂质体制备与理化表征部分,研究人员以SPC和硬脂酸构建基础囊泡,分别制备空白脂质体(L)、呋塞米负载脂质体(L:Fr)、蓝莓提取物负载脂质体(L:BE)及共载体系(L:BE:Fr)。结果显示,L平均粒径为259.3 ± 2.2 nm,L:Fr为238.8 ± 9.1 nm,L:BE为286.0 ± 22.7 nm,而L:BE:Fr为278.5 ± 9.2 nm。各体系多分散指数(polydispersity index, PdI)均低于0.35,提示总体为较均一的单峰纳米囊泡群体,其中L:BE:Fr的PdI为0.28 ± 0.05,均一性较好。各制剂Zeta电位均为负值,约在−33 mV至−46 mV之间,提示具有一定静电稳定性。
包封率结果是本研究的核心发现之一。单载体系中,BE包封率为74.93%,Fr包封率为51.12%,说明二者分别单独加载时均可实现较有效掺入,尤其BE表现更佳。然而在共载体系中,Fr包封率骤降至0.8%,BE也降至28.02%,表明在当前配方与工艺条件下,共包封受到明显限制。研究据此认为,不同溶解性和分配行为的活性物质在脂质体内部微环境中可能存在竞争,尤其Fr与所选脂质组成之间亲和力有限,是共载失败的重要原因。
在紫外-可见吸收与荧光分析中,L:Fr体系中Fr的特征峰发生红移与蓝移,说明其电子环境因与脂质体基质相互作用而改变。L:BE与L:BE:Fr则主要保留BE相关吸收带,提示BE与脂质组分存在界面相互作用。荧光检测中,含Fr或BE的脂质体体系均未观察到明显发射峰,研究人员将其归因于分子间或分子与脂质之间相互作用导致的荧光猝灭。FT-IR结果进一步支持这一判断:共载体系保留了主要官能团,但某些花青素特征峰减弱或消失,提示BE与脂质、Fr与双分子层之间均存在相互作用,而非简单物理混合。
关于抗氧化活性,虽然自由BE具有DPPH清除能力,但BE负载脂质体在测试条件下未表现出可检测抗氧化活性。研究指出,这并不必然意味着功能完全丧失,更可能与两个因素相关:其一,包封后有效BE浓度低于自由提取物达到IC
50 所需水平;其二,花青素位于脂质体水相核心或与磷脂相互作用后,对DPPH自由基的可及性下降。因此,该结果更反映了检测方法对分散/包封体系的局限性,以及脂质体隔室化对反应接触机会的限制。
Hemato-toxicological profile in bovine red blood cells
在血液相容性方面,研究人员采用牛红细胞进行溶血实验。所有被测体系在24 h孵育后溶血率均低于2%,远低于通常判定非溶血材料的5%阈值,且与阴性对照相比无统计学显著差异。这表明所构建脂质体体系在所测试浓度范围内不会明显破坏红细胞膜。该结果为其面向牛用制剂开发提供了基础安全性依据。
Microscopy of bRBC smear after treatment
在血涂片显微观察中,除自由Fr处理组因溶剂乙醇干扰而难以归因外,BE、L:BE、L:Fr及L:BE:Fr处理后的bRBCs总体保持牛红细胞典型形态与凝集行为,未见明确异常形态学损伤。研究中还观察到脂质体处理样本的红细胞大小不等现象似有减弱,但文中对这一现象的功能外推较为谨慎时应仅保留其观察结果,即脂质体制剂未引起明显不良形态改变。
Rheological properties and morphological studies of bRBC
血液流变学测试进一步评估了制剂对红细胞膜机械性质的影响。研究采用红细胞流变仪测定红细胞膜弹性模量(μ)、变形指数(deformability index, DI)和表面黏度(ηm)。结果显示,L、L:Fr、L:BE:Fr和BE处理组与对照相比均无显著差异;仅L:BE组出现轻度弹性模量下降和DI升高,提示红细胞轻微变软、变形性增加,但变化幅度不足2%,总体较小。为避免玻片效应导致的棘红细胞假象,研究人员还在自体血浆悬浮条件下进行显微观察,结果显示各处理组均无显著形态异常。综合说明,各添加体系总体上具有较好的血液流变学相容性。
讨论部分可归纳为:本研究证明,脂质体体系能够稳定形成纳米级囊泡,并为BE提供较理想的单独包载平台,同时允许对其与红细胞的相互作用进行系统评价;Fr也可在单载时实现中等程度包封。但在二者共载时,Fr包封率急剧下降,BE包封率亦受影响,说明当前体系虽适合作为基础研究平台,却尚不足以支持有效联合递送。另一方面,自由BE的抗氧化性在脂质体中未被DPPH法检出,提示对于包封型天然产物,活性评价需结合释放行为、隔室化效应及方法学适配性进行解释。血液相容性和血液流变学结果则显示,该类脂质体制剂对牛红细胞总体安全,不引发显著溶血,也不明显损害红细胞膜力学行为,为后续优化提供了良好的生物相容性基础。
研究结论部分可翻译为:研究人员构建并完成了包载呋塞米(Fr)和富含花青素蓝莓提取物(BE)的脂质体制剂的理化表征。该系统表现出纳米尺度粒径分布、可接受的多分散性以及负Zeta电位,符合由SPC和硬脂酸构成囊泡的特征。包封率分析表明,单一化合物体系能够实现有效装载,尤其BE表现突出,而Fr表现为中等装载水平。然而,在共载制剂中观察到包封率明显下降,尤其Fr仅为0.8%,提示在本研究条件下其共包封能力有限。这些结果说明,两种化合物的同步掺入受其理化性质制约,仍需进一步优化制剂参数。蓝莓提取物在自由状态下显示出抗氧化活性,但在所评估条件下,脂质体体系中未检测到该活性,这可能与包封化合物的可及性受限及有效浓度降低有关。血液相容性研究显示,这些制剂不会引起牛红细胞显著溶血,血液流变学分析亦表明其不会对红细胞行为产生不良影响,支持其在所测试条件下与血液成分的相容性。总体而言,研究结果表明,脂质体系统适用于BE的包载及其与红细胞相互作用的研究;但当前配方尚未实现呋塞米的高效共包封,提示未来仍需进一步优化,以支持有效共递送应用。
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