科技圈里那些事Y|基于J-聚集的FRET技术用于研究载药纳米颗粒的药物释放
本文来自微信公众号：X-MOLNews
注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析
【科技圈里那些事Y|基于J-聚集的FRET技术用于研究载药纳米颗粒的药物释放】聚合物纳米颗粒由于其优良的生物相容性、生物降解性和简单的制备方法 ， 在药物传递领域引起了广泛关注 。 poly(D,L-lactic-co-glycolicacid)(PLGA)是FDA批准的一种很有前景的可生物降解聚合物 ， 可以用来合成载药聚合物纳米颗粒 。 然而 ， 基于PLGA的聚合物载药纳米颗粒的临床应用仍然主要面临两个挑战 ， 即低载药量（通常低于10%）和不够理想的药物突释现象 。 昆士兰大学澳大利亚生物技术与纳米研究所赵春霞教授团队发明的一项专利技术（有序的纳米沉淀法）可以制备出稳定的高载药量（高达58.5%）聚合物纳米颗粒 ， 并且该方法还广泛适用于多种聚合物和药物 ， 这为解决这两个挑战提供了新的机会 。
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图1.有序的纳米沉淀法示意图 。 利用调节溶剂相的配方去控制药物和聚合物的沉淀顺序 ， 使得疏水药物先沉淀形成药物纳米颗粒 ， 然后聚合物沉淀并包裹在药物纳米颗粒的表面从而提高载药量 。
对于开发载药纳米颗粒来说 ， 了解药物释放动力学是至关重要的 。 为了模拟载药聚合物纳米颗粒 ， 赵春霞教授团队以疏水染料作为模型疏水药物 ， 使用有序的纳米沉淀法生产出高染料负载聚合物纳米颗粒(50%) ， 并与传统方法生产的低染料负载聚合物纳米颗粒(0.5%)进行比较 。
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图2.单一疏水荧光染料以及FRET双染料装载的低染料负载纳米颗粒(左)和高染料负载纳米颗粒(右)的示意图 。
单一疏水荧光染料装载的纳米颗粒由于高染料负载(50%)而形成J-聚集体 ， 会导致荧光光谱出现大幅度的红移 。 当装载了两种可以配合形成荧光共振的疏水性荧光染料时 ， 高染料负载的FRET聚合物纳米颗粒不仅表现出荧光共振能量转移现象 ， 而且还表现出J-聚集红移现象(116nm) 。 基于这一发现 ， 该团队开发了一种新的基于J-聚集的荧光共振能量转移(FRET)技术来研究高染料负载纳米颗粒的释放动力学 。 FRET技术可以用来观察染料分子距离变远从聚合物外壳释放的过程 ， 同时J-聚集红移现象的消失可以用来观察染料分子聚集形成的纳米颗粒溶解为染料分子的过程 。
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图3.FRET双染料装载的低染料负载纳米颗粒和高染料负载纳米颗粒荧光光谱和荧光照片的比较 。 高染料负载的FRET纳米颗粒不仅表现出荧光共振能量转移现象 ， 而且还表现出J-聚集红移现象 。
利用这种新颖的基于J-聚集的FRET荧光光谱技术分析发现 ， 高染料负载纳米粒子在细胞和血清内的药物释放有独特的释放和分解动力学：染料形成的核心缓慢溶解为染料分子 ， 以及染料分子从聚合物外壳内释放到纳米颗粒外部 。 此外 ， 高载药纳米颗粒在血清中表现出较慢的释放动力学 ， 在细胞中表现出相对较快的释放 ， 显示出其在药物传递方面的巨大潜力 。 据目前所知 ， 该方法是首个基于J-聚集的纳米颗粒释放动力学研究方法 。
以上相关成果发表在AngewandteChemie上 。 论文的第一作者为昆士兰大学澳大利亚生物技术与纳米研究所刘云博士 ， 共同第一作者为杨光泽博士 ， 通讯作者为赵春霞教授 。
J‐aggregate‐basedFRETmonitoringofdrugreleasefrompolymernanoparticleswithhighdrugloading
YunLiu,GuangzeYang,SongJin,RunZhang,PengChen,TengJisi,LianzhouWang,DongChen,DavidWeitz,Chun-XiaZhao
Angew.Chem.Int.Ed.,2020,DOI:10.1002/anie.202008018
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