分享的是在Biomacromolecules上发表的文章，题为：Stimulus-Responsive Nanoconjugates Derived from Phytoglycogen Nanoparticles。该工作的通讯作者是多伦多大学化学系的Eugenia Kumacheva教授。

在过去的十年中，植物糖原纳米粒子(PhG NPs)由于其尺寸均匀、分散性好、成本低和环境友好等优点，受到纳米科学和纳米医学界越来越多的关注。PhG NPs是淀粉的结构类似物，具有超支化结构和高密度的羟基，这促进了它与水的氢键结合，使其具有较高的保水性、定向性以及润滑性能。为了拓展PhG NPs的应用范围，已经通过酯化、阳离子化或酶催化反应对其进行了修饰。然而较强的亲电子试剂和苛刻的反应条件可能导致NPs的结构损坏或尺寸减小，因此亟需发展一种温和而简单的PhG NPs的修饰方法，例如利用与生物活性分子的物理吸引力。

本文中，作者首先比较了几种蛋白质与PhG NPs的相互作用，发现牛血清白蛋白(BSA)可以通过氢键吸附到 PhG NPs上，形成的BSA外层能够进一步与活性药物成分相互作用(例如，甲氨蝶呤MTX)。随后利用双重刺激，通过纳米偶联物的分解来调节MTX的释放。

图1. PhG NPs的表征。(a)重复单元的化学结构。(b) AFM和TEM图像。

作者选用了图1展示的超支化的PhG NP结构，并通过AFM和TEM表征了它的均匀分布。随后作者改变温度、离子强度以及pH，发现PhG NPs在广泛的生物学相关条件下是稳定的，流体动力学直径为81 nm，ζ电位为-1.6 ± 0.5 mV。

图2. 蛋白质与PhG NPs的相互作用。(a) ITC等温线。(b) DLS曲线。

接下来，作者使用DLS和等温滴定量热法(ITC)探究了PhG NP与几种球状蛋白之间的相互作用，包括牛血清白蛋白(BSA)、溶菌酶和免疫球蛋白。如图2a，BSA和PhG NPs 之间的相互作用产生了一个特征结合曲线，且在高摩尔比下趋于稳定，相反溶菌酶和球蛋白并没有。与BSA结合后的PhG NP-BSA纳米偶联物尺寸增加到95 nm。此外通过改变溶液的离子强度、温度以及pH值，作者发现PhG NP和BSA之间的相互作用与静电力无关，而完全归因于氢键的形成。

图3. MTX对BSA和PhG NP-BSA偶联物的吸附。

之后，作者验证了得到的PhG NP-BSA纳米偶联物作为药物载体的潜力。甲氨蝶呤(MTX)是一种有效的免疫和炎症抑制剂，用于治疗类风湿性关节炎，然而其有限的药代动力学和狭窄的安全范围引起了人们对其副作用的担忧。作者首先通过ITC确定静电吸引力是BSA和MTX之间结合的主要决定因素，可以通过改变溶液的离子强度来调节，而氢键起次要作用(图3a，b)。同样的，PhG NP-BSA也能通过静电作用与MTX结合得到偶联物，同时保持其单分散性(图3c，d)。

图4. 刺激响应性PhG NP-BSA-MTX纳米偶联物组装及释放示意图。

最后，作者在两种条件下(离子强度和温度)探究了MTX和BSA的释放动力学。结果表明，可以通过升温降低氢键作用，从而释放BSA；同样的，通过增大离子强度减弱静电作用，可以控制MTX的释放(如图4)。总的来说，作者利用双重刺激，通过纳米偶联物的分解来调节MTX的释放。

综上所述，作者发现BSA与PhG NPs可通过氢键作用结合，且得到的纳米偶联物可以通过静电作用与类风湿性关节炎药物MTX进行偶联，并实现离子强度和温度双重响应的药物释放，有望为骨关节炎提供替代治疗方法。

作者：LJH    审校：LCY

DOI: 10.1021/acs.biomac.1c01512

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