《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Basic research on gadolinium-based drug-loaded nanoprobes coated with platelet membranes for the diagnosis and treatment of atherosclerosis
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本研究开发了一种基于血小板膜（PM）和姜黄素（CUR）的生物模拟纳米探针（PM/Gd?O?@MSN-CUR），通过靶向P-selectin/CD44受体调控巨噬细胞极化，抑制炎症因子（TNF-α、IL-6）分泌并促进抗炎因子（IL-10）释放，显著减少动脉粥样硬化斑块脂质沉积，并验证了MRI靶向成像效果，为斑块诊疗提供新策略。
朱晓荣|曹颖|李文忠|周新毅|程建宁|胡海峰|张天宇|郝立国|王玉光
齐齐哈尔医科大学第二附属医院影像中心，中国齐齐哈尔161006
摘要
目前，针对动脉粥样硬化斑块的诊断和治疗策略仍然缺乏。为了解决这一问题，本研究基于血小板膜（PM）上的P-选择素和CD44受体的作用，以及姜黄素（CUR）的抗动脉粥样硬化活性，开发了一种仿生纳米探针。通过梯度离心和反复冻融的方法提取了血小板膜。利用超声技术将血小板膜包覆在负载氧化钆（Gd?O?）的中孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）表面，最终制备出了PM/Gd?O?@MSN-CUR（PGMC NPs）仿生纳米探针。Western blot（WB）分析证实，PM标志蛋白CD47和P-选择素被负载在PGMC NPs上。体外摄取实验表明，PGMC NPs具有良好的靶向结合能力。流式细胞术和ELISA结果显示，PGMC NPs能够调节巨噬细胞的M?向M?极化，抑制促炎因子TNF-α和IL-6的分泌，并促进抗炎因子IL-10的释放。体内磁共振成像（MRI）研究进一步验证了PGMC NPs在动脉粥样硬化斑块中的靶向成像效果。体外主动脉油红O染色和免疫组织化学分析显示，PGMC NPs显著减少了动脉粥样硬化脂质沉积和M?型巨噬细胞的浸润。本研究为PGMC NPs在动脉粥样硬化斑块的靶向诊断和治疗干预提供了初步的实验证据。
引言
动脉粥样硬化（AS）是大多数心血管疾病发生的关键病理基础。[1] AS导致急性心血管事件的高发率。在病理过程中，动脉粥样硬化斑块的破裂及其后的血栓形成是急性冠状动脉综合征（如急性心肌梗死）的关键机制。[2],[3] 目前，斑块的临床管理通常涉及口服药物，如他汀类药物[4]。然而，药物治疗常常存在特异性不足和递送效率低的问题[5]。在监测斑块易感性的传统成像技术中，存在灵敏度低和分辨率差等挑战[6]。为了改善AS的临床预后，及时诊断和治疗动脉粥样硬化斑块至关重要。
磁共振成像（MRI）由于其高软组织分辨率、出色的空间分辨率和无电离辐射的特点，是评估动脉粥样硬化斑块稳定性的重要工具[7]。然而，传统的MRI造影剂存在弛豫率低和肾脏清除快的问题[8]。近年来，中孔二氧化硅纳米材料（MSNs）由于具有高亲水性、大表面积和可调节的孔结构，成为有前景的造影剂载体候选者[9],[10],[11]。将氧化钆整合到MSNs中，通过为钆离子提供稳定的界面，延长了水质子与顺磁颗粒之间的接触时间，从而提高了MRI成像效果，为诊断动脉粥样硬化斑块提供了更可靠的策略[12],[13]。
近年来，姜黄素（CUR）因其多种药理作用（包括抗炎、抗氧化和降脂作用）成为AS治疗的热门研究课题[14],[15],[16]。然而，由于其水溶性差和生物利用度低，其临床应用受到严重限制[17]。纳米靶向药物递送技术利用纳米材料作为载体将药物输送到特定部位，被认为是最有效的靶向递送方法之一[18],[19]。这种方法可以克服姜黄素的缺点，提高其水溶性，增强生物利用度，并实现最佳的治疗效果。
然而，纳米颗粒递送系统往往生物相容性不足，导致免疫系统将其识别为外来物质并迅速清除[20]。受天然细胞优异生物特性的启发，一些研究人员探索用从人体细胞类型中提取的膜来包覆纳米颗粒，以提高其生物相容性[21],[22]。血液中循环的血小板具有免疫兼容性和选择性粘附功能。因此，许多研究者使用梯度离心和反复冻融循环提取血小板膜（PM），并将其应用于仿生纳米医学递送系统[23],[24]。Song等人[25]报道，负载雷帕霉素的纳米颗粒包覆的血小板膜对动脉粥样硬化斑块表现出高亲和力，并显著减少了斑块面积。与传统使用游离药物的递送方法相比，基于血小板的纳米颗粒靶向递送系统将载药纳米颗粒伪装成自体成分，显著提高了药物生物利用度，同时降低了免疫原性。基于CD47-SIRPα轴，该系统实现了潜在的长期循环和免疫逃逸，显示出治疗AS的显著前景[26],[27]。
CD44是动脉粥样硬化中巨噬细胞的表面受体，在动脉粥样硬化斑块形成过程中高度表达[28],[29]。先前的研究报道，在结直肠癌模型中，活化血小板表面的P-选择素可以与CD44相互作用[30],[31]，这表明CD44可能作为P-选择素的配体。基于这一原理，本研究构建了一种PM仿生纳米探针PM/Gd?O?@MSN-CUR（PGMC），旨在设计一种纳米递送系统，以实现靶向诊断并减轻动脉粥样硬化斑块的负担及其炎症反应。该系统旨在通过PM表面的P-选择素与斑块内巨噬细胞表面的CD44之间的相互作用，实现对病变部位的选择性靶向。这一过程有望促进载药纳米颗粒在斑块部位的积累，并对斑块内的巨噬细胞表现出亲和力。尽管稳定易损斑块是最终目标，但本研究主要评估了PGMC在减少动脉粥样硬化脂质沉积和调节抗炎条件方面的作用，这是改善斑块稳定性的重要初步基础。
材料
材料
以下化学品购自Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.（上海，中国）：溴化鲸蜡三甲基铵（CTAB，≥99%）；三乙醇胺（TEA）；正硅酸四乙酯（TEOS，98%）；六水合氯化钆（GdCl?·6H?O，99.9%）。姜黄素（CUR，≥98%）和脂多糖（LPS，来自大肠杆菌）购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（上海，中国）。RAW264.7小鼠巨噬细胞购自Zhongqiao Xinzhou
PGMC NPs的特性
图1展示了PGMC NPs的合成过程及其在动脉粥样硬化斑块诊断中的作用。首先合成Gd?O?@MSN，然后通过机械搅拌将CUR加载到Gd?O?@MSN的中孔结构中。接着，使用梯度离心-反复冻融方法提取血小板膜，并将其包覆在Gd?O?@MSN表面，得到了能够靶向动脉粥样硬化斑块内活化巨噬细胞的纳米探针PM/Gd?O?@MSN-CUR NPs。
结论
本研究构建了一种仿生纳米载体系统PM/Gd?O?@MSN-CUR。该纳米平台表现出良好的稳定性、高包封效率和生物安全性。体外实验表明，PM/Gd?O?@MSN-CUR能够使RAW 264.7细胞从促炎型M?极化转变为抗炎型M?极化，并下调促炎因子TNF-α和IL-6的水平，同时提高抗炎因子IL-10的水平。
财政支持
本研究得到了黑龙江省卫生健康委员会研究项目（项目编号：20240909010041）的支持。
CRediT作者贡献声明
王玉光：负责监督和资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
