ACS Nano: 皮下注射具有荧光的交联超分子纳米颗粒控释抗真菌药物用于治疗甲真菌病

【引言】

甲真菌病是一种具有渐进性的、传染性的和复发性的真菌感染病,且已被认为具有高发病率、治愈率低的“临床顽固的疾病”(大约占美国人口的10−12%)。除了纯粹的美容问题外，甲真菌感染还会引起严重的健康问题，如在同一病人或其他易感人群中有高风险性的其他的指甲病感染，糖尿病患者或老年人存在严重并发症，如复发性蜂窝织炎和血栓性静脉炎，显著降低生活质量。现有的方法是口服药物和外用药膏只能在真菌感染部位达到暂时有效的药物浓度，导致对甲真菌病的治疗效果有限。然而，对于甲真菌病，理想的治疗方法普遍认为是：(1)、将抗真菌药物直接引入感染部位；(2)、有限的皮内持续释放且长期维持有效药物水平；(3)、监测药物水平维持的检测系统；(4)、真菌感染部位周围以最低水平的炎症反应。因而如何实现理想的治疗甲真菌病的效果一直是医学界和药物学界研究热点和难点。

【成果简介】

近日，加州大学伯克利分校的Paul S. Weiss教授和Hsian-Rong Tseng教授、南加州大学的陈凯教授、国立台湾大学的Hsu Cheng-Chih教授以及复旦大学的汪长春教授（共同通讯作者）等报道了一种封装有酮康唑的具有荧光的交联超分子纳米颗粒(KTZ⊂c-FSMNPs)作为治疗甲真菌病的皮内注射控制释放溶液。采用两步合成法制备出各种的KTZ⊂c-FSMNPs。初始特征显示尺寸为4800 nm的KTZ⊂c-FSMNPs展现出KTZ封装效率和容量高，优异的荧光性质，和持续KTZ释放。随后，使用4800 nm的KTZ⊂c-FSMNPs的小鼠模型体内研究，发现通过创伤区皮下注射KTZ⊂c-FSMNPs。从以下方法：(i)、体内荧光成像技术；(ii)、HPLC定量测定KTZ的残余量；(iii)二维电泳/电离质谱成像研究在创伤区域的皮下KTZ的分布；(iv)通过组织学来评估局部的炎症反应和生物相容性。获得的结果表明4800 nm 的KTZ⊂c-FSMNPs可以作为一种有效的治疗甲真菌病的方法。研究成果以题为“Cross-Linked Fluorescent Supramolecular Nanoparticles for Intradermal Controlled Release of Antifungal Drug—A Therapeutic Approach for Onychomycosis”发表在国际著名期刊ACS Nano上。

【图文导读】

图一、KTZ⊂c-FSMNPs的制备和作用机理  

（a）两步合成方法用于制备KTZ⊂c-FSMNPs；

（b）通过创伤区皮下注射KTZ⊂c-FSMNPs的作用机理示意图。 

图二、KTZ⊂FSMNPs的尺寸控制表征 

（a） DLS数据表明KTZ⊂c-FSMNPs的尺寸和 Ad-PAMAM /CD-PEI的混合比例的关系。；

（b） 增加药物的浓度0.04 mg/mL-0.4 mg/mL 测定KTZ⊂FSMNPs封装药物的效率和容量；

（c）KTZ⊂FSMNPs的TEM图；

（d）KTZ⊂FSMNPs的SEM尺寸和 Ad-PAMAM / CD-PEI的比例。

图三、KTZ⊂c-FSMNPs的微米尺寸的形成和表征 

（a） BS3作为交联剂将680 nm KTZ⊂FSMNPs溶液形成微米级的KTZ⊂c-FSMNPs；

（b） 在交联剂BS3的不同浓度下KTZ⊂FSMNPs的不同尺寸的TEM图； 

（c） 对比free MPS-PPV、680 nm KTZ⊂FSMNPs和4800 nm KTZ⊂c-FSMNPs的吸收光谱；

（d） 对比free MPS-PPV、680 nm KTZ⊂FSMNPs和4800 nm KTZ⊂c-FSMNPs的发射光谱；

（e） 在37°C、 50%人类血清的条件下持续振动14 d，通过引入680 nm KTZ⊂FSMNPs和4800 nm KTZ⊂c-FSMNPs对 KTZ封装能力为9.4 wt %。

图四、KTZ⊂c-FSMNPs封装KTZ之后荧光强度变化和KTZ残余量 

（a） 在三种不同光照射下三个不同数量的KTZ⊂c-FSMNPs在小鼠表皮上三个相邻位置的效果；

（b） 荧光强度和KTZ残余量与KTZ⊂c-FSMNPs在针刺处的量的线性关系。

图五、KTZ⊂c-FSMNPs的皮下滞留研究 

（a） 利用两种光照射14 d在小鼠皮肤上三个相邻位置创区注射2.0 mg的KTZ⊂c-FSMNPs的效果；

（b） KTZ⊂c-FSMNPs在创伤区的量与KTZ残余量和荧光信号随时间的变化；

（c） KTZ的残余量在创伤区的KTZ⊂c-FSMNPs和KTZ⊂FSMNPs，以及局部治疗的KTZ油膏的量随时间的变化；

（d） MALDI-MSI直接检测刺伤下的皮下部位KTZ的含量；

（e） 创伤区皮肤切片，正常皮肤切片，free KTZ的MALDI-MS光谱；

（f） 在14 d后，H&E染色的KTZ⊂c-FSMNPs在小鼠创伤区皮下的累积量的组织切片图。

【小结】

通过两步合成方法成功的制备出KTZ⊂c-FSMNPs。比较KTZ⊂FSMNPs和KTZ⊂c-FSMNPs的尺寸、封装效率/容量、光物理性质和KTZ控释情况，得出4800 nm KTZ⊂c-FSMNPs用作为小鼠模型体内研究。同时，利用(i) 体内荧光成像技术监测时间荧光衰变；(ii) HPLC定量检测皮肤组织内的KTZ残余量；(iii) MALDI-MSI映射皮下注射KTZ在创伤区的分布；(iv) 组织学评估局部的炎症反应和生物相容性。结果显示4800 nm KTZ⊂c-FSMNPs皮内注射能有效的治疗甲真菌病。这将允许微创、局部和持续地将治疗药物直接运送到疾病部位，最大限度地提高药物的治疗效果，避免系统性毒性和局部药物浓度不足的问题。此外，这些c-FSMNP载体可以用于治疗广泛的临床顽固性皮肤病，提供有效的局部药物浓度。临床用KTZ⊂c-FSMNPs为甲真菌病患者治疗正在进行中，有希望提供一个持续的有效治疗方法，且利用c-FSMNP载体可以来治疗临床中其它顽固的皮肤病。

文献链接：Cross-Linked Fluorescent Supramolecular Nanoparticles for Intradermal Controlled Release of Antifungal Drug—A Therapeutic Approach for Onychomycosis（ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b02099）

本文由材料人生物材料组小胖纸编译。

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