分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的文章，题为Stimulus-Responsive Nanoconjugates Derived from Phytoglycogen Nanoparticles。文章的通讯作者是来自多伦多大学的Eugenia Kumacheva教授。

    纳米颗粒（nanoparticles，NPs）在润滑、诊断、药物递送等方面具有广阔的应用前景，由合成高分子组成的NPs还有延长体循环时间，生物相容性好和可降解等优势，但是费时费力的聚合物合成和纯化为扩大生产带来了阻碍。以植物糖原为原料制备的PhG NPs（phytoglycogen nanoparticles）生产成本低，产品性质稳定，具有比大多数合成高分子NPs更好的生物相容性。

    一个PhG NP是由一个球状超支化多糖大分子构成的，其中含有丰富的羟基。作者发现，牛血清白蛋白（BSA）可以通过氢键吸附在PhG NPs上形成PhG NP-BSA纳米偶联物。BSA的附着可以为电中性的PhG NPs提供额外的配体结合能力，使得PhG NP-BSA纳米偶联物可以进一步结合其他生物活性分子。甲氨蝶呤（MTX）是一种用来治疗类风湿性关节炎的免疫抑制剂，而PhG NPs是具有良好润滑性能的潜在药物载体，作者将MTX与PhG NP-BSA纳米偶联物结合，制备了三组分的PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物，并且，MTX药物和BSA可以通过离子强度和温度的双重刺激实现可控释放。

图1. PhG-NPs的结构及尺寸表征

    作者使用原子力显微镜表征了PhG NPs的尺寸（图1），平均直径为42 nm，动态光散射结果显示PhG NPs的水合动力学直径为81 nm，且分布较窄。作者还测定了PhG NPs在生理相关温度、pH和离子强度下的水合动力学直径和ζ-电位的变化（图1）。结果表明，PhG NPs是胶体稳定的，其结构在pH4.0−7.4、离子强度15−290 mM、温度13−37℃时，基本上保持不变。

图2. BSA-PhG NP在不同条件下相互作用的ITC等温线

    作者使用等温滴定量热法（ITC）对BSA和PhG NPs之间在不同离子强度、温度、pH条件下的相互作用进行了定量分析（图2）。ITC结果表明，二组分PhG NP-BSA纳米偶联物的生成与环境离子强度的相关性不大，静电作用力并不是BSA和PhG NPs结合的控制因素；在37℃下，BSA和PhG NPs结合趋势消失，二者在相对低温的条件下才能结合，表明结合行为可能与氢键相关。另外，在pH=4.0时，BSA为棒状结构，而在pH=5.0/7.4时，BSA为近球状结构。作者通过改变pH分析了BSA构象对形成纳米偶联物的影响。结果表明，在pH=4.0时结合更显著，BSA采取棒状构象可以最大限度地增加与PhG NPs的接触，并可能增强了氢键作用。

    进一步，作者研究了PhG NP-BSA纳米偶联物与MTX结合成PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物的可能性（图3）。MTX与BSA主要靠静电作用结合，故离子强度对结合产生重要影响，而温度对结合的影响不大。这种趋势与PhG NPs与BSA的结合相反。ITC结果证明了PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物的产生，同时偶联物的水合直径也从单组分时的95 nm增加到三组分时的98 nm。

图3. BSA-PhG NP与MTX的结合

    接下来，作者使用传统的透析方法，通过测定溶液中游离的BSA或者MTX的含量，研究了在离子强度和温度刺激下，MTX和BSA的解吸动力学，如图4所示。

图4. MTX和BSA的解吸动力学

    最后，作者总结了三组分的PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物和二组分的PhG NP-BSA纳米偶联物的刺激响应性（图5）。

图5. 刺激响应性PhGNP-BSA-MTX纳米偶联物的组装示意图

    综上所述，作者以植物糖原为基质，合成了三组分的PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物，这种偶联物具有刺激响应性，能够在离子强度和温度的刺激下释放BSA和MTX，是一种潜在的关节炎治疗药物。之后作者计划将PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物注入滑膜液内，结合MTX的抗炎作用和PhG NPs的润滑作用，发展一种新型的治疗关节炎的方法。

作者：SYM    审校：DYH

DOI: 10.1021/acs.biomac.1c01512

Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.1c01512