《Chemico-Biological Interactions》：Long-Term Toxicity of Polydopamine Nanoparticles: Organ-Specific Biological Effects and Cumulative Histopathological Changes
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纳米颗粒的长期生物安全性评价：基于聚多巴胺纳米颗粒在恒河猴中的毒理学研究
Marta Szukalska|Marta Witkowska|Patrycja Sujka-Kordowska|Izabela Miechowicz|Rados?aw Mrówczyński|Micha? Nowicki|Ewa Florek
波兰波兹南医科大学环境研究实验室，毒理学系，Rokietnicka街3号，60-806
摘要
多巴胺纳米颗粒（PDA NPs）因其在生物医学应用中的潜力（如药物输送、成像和组织工程）而受到广泛研究；然而，其长期的体内生物效应尚未得到充分研究。
本研究的目的是评估大鼠（n = 140）在暴露于PDA NPs（126 ± 24 nm）6个月和12个月后的长期毒性效应，这些纳米颗粒通过单次或重复（每月一次）静脉注射的方式给予，剂量分别为50、100和150 mg/kg体重。在预定的时间点收集器官样本，进行宏观和组织病理学评估，以分析剂量、时间和暴露频率对组织的影响。
结果表明，PDA NPs可能以剂量和时间依赖的方式引起器官特异性组织病理学变化。在最高剂量（150 mg/kg体重）下，肝脏、肾脏、胰腺和心脏的变化最为明显，这些变化包括与慢性组织损伤一致的特征，如心肌纤维化和肾脏结构改变。相比之下，大脑和脾脏未观察到显著的组织病理学变化。尽管如此，总体存活率仍然很高（94%），并且大多数动物没有表现出明显的系统毒性症状。
这项研究进一步证明了PDA NPs暴露与器官特异性效应之间的关联，强调了剂量和时间相关的生物学反应对其生物医学应用安全评估的重要性。
引言
纳米颗粒因其独特的物理化学性质而在生物医学领域受到越来越多的关注，这些性质包括高表面积与体积比、较大的活性物质装载能力以及独特的表面特性。它们可以很容易地被功能化，以实现治疗效果，既可以单独使用，也可以作为单一或多种药物的载体。[1],[2],[3],[4] 在众多纳米材料中，多巴胺纳米颗粒因其仿生特性、易于合成和独特的表面性质而具有特殊地位。PDA NPs具有较高的药物吸附能力、金属离子结合能力以及与生物活性基团的结合能力，使其成为纳米载体工程的有吸引力的候选材料。[5],[6],[7] 到目前为止，基于多巴胺的纳米材料主要被用于各种疾病的诊断和治疗，包括癌症。[1],[8],[9],[10],[11] PDA NPs还被用于高分辨率成像技术（如计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI），这些技术允许持续监测治疗效果。[12],[13] 此外，多巴胺最初被描述为一种能够提高生物材料生物相容性的涂层。[14],[15],[16] Hong等人（2011年）的研究表明，用PDA修饰材料表面可以减少炎症并改善材料与组织或血液的整合。[17] 然而，尽管普遍认为PDA是一种生物相容性材料，但越来越多的研究表明，在体内给药时可能会出现不良效应，这取决于颗粒大小、剂量、形态和表面电荷等因素。
Chen等人（2023年）的研究表明，通过尾静脉给予高剂量（78.57 mg/kg体重）的中孔多巴胺（MPDA）纳米颗粒7天后，会导致肠道微生物群失调、炎症途径激活以及潜在的氧化损伤。[18] Huang等人（2023年）在BALB/c小鼠中的研究表明，虽然MPDA纳米颗粒未引起明显的毒性，但在口服给药后观察到肾脏特异性基因表达变化，而在静脉给药后则观察到颗粒在某些器官中的积累，这表明给药途径会影响其生物效应。[19] Szukalska等人（2024年）报告称，在用癌细胞膜包覆的铁改性MPDA处理过的BALB/c裸鼠中，经过光热治疗后，肾脏的氧化应激参数（谷胱甘肽、脂质过氧化、过氧化氢酶）发生变化，并出现了更明显的组织病理学改变。[20] Sun等人（2022年）证明，PDA NPs可能通过抑制周围运动神经元的轴突生长，在斑马鱼幼体中诱导发育毒性（心包水肿、 swim bladder未膨胀）和神经毒性，从而导致运动功能受损。[21]
大多数现有研究仅考察了急性或亚慢性毒性，观察期不超过28天。在之前的研究中，Szukalska等人（2025年）发现，以两种剂量（15 mg/kg体重和45 mg/kg体重）给予的PDA@Mn纳米颗粒（约50、约100和约200 nm）会导致肝脏、肾脏和血清中的更明显器官损伤和氧化应激。这些结果表明存在剂量和大小依赖的机制，涉及氧化应激增加、纳米颗粒在组织中的积累以及细胞摄取的差异。这些发现强调了评估PDA NPs体内长期生物相互作用的必要性。[22] 然而，关于慢性毒性的数据，尤其是在重复静脉给药后的数据仍然不足，这是一个重要的研究空白。考虑到它们在临床应用（包括癌症治疗、免疫疗法和分子成像）中的日益增长的应用前景，详细评估长期暴露效应至关重要。
在本研究中，我们评估了Wistar大鼠在暴露于126 ± 24 nm纳米颗粒6个月和12个月后的长期体内毒性及器官变化，这些纳米颗粒的剂量分别为50、100和150 mg/kg体重，通过单次或多次（每月一次）静脉注射给予。这种实验设计使我们能够评估剂量、时间和频率依赖的组织反应，并识别累积的器官效应。研究结果为长期毒性模式、器官特异性病理改变以及PDA NPs在长期和重复暴露后的潜在生物相互作用提供了新的见解。
合成方案
我们开发并优化了一种使用Tris缓冲液（Tris-HCl）合成约100 nm PDA NPs的方案。为此，将2克多巴胺（2-(3,4-二羟基苯基)乙胺盐酸盐，FCB098011，Fluorochem Ltd., 英国）加入一个圆底烧瓶中，该烧瓶置于含有1升10 mM Tris缓冲液（Trizma base，Sigma Aldrich，德国）的油浴中，pH值为8.5。在烧瓶中放置了一个磁力搅拌器，并在室温下以360 rpm的速度进行搅拌。
合成PDA NPs的特性
使用扫描电子显微镜（SEM）（图2）对合成的PDA NPs的形态和尺寸分布进行了表征。基于每次合成批次的SEM图像进行了详细的尺寸分析，统计分析结果如图2所示。合成PDA NPs的平均尺寸为126 ± 24 nm。
SEM图像显示，这些颗粒主要是球形的，且尺寸分布相对均匀。
讨论
多巴胺纳米颗粒因其独特的物理化学和生物特性而在生物医学领域受到广泛关注。在本研究中，我们评估了Wistar大鼠在暴露于126 ± 24 nm PDA纳米颗粒6个月和12个月后的长期体内毒性，这些纳米颗粒以三种剂量（50、100和150 mg/kg体重）通过单次或多次注射的方式给予。我们的结果提供了关于PDA NPs长期毒性的新信息，这对……
结论
这些发现首次全面评估了PDA NPs在Wistar大鼠中的长期效应，提供了关于剂量和时间依赖性毒性特征的重要见解。在接受最高剂量（150 mg/kg体重）的动物中，肝脏、肾脏和肺部的组织病理学变化最为明显，尤其是在重复给药后。这些变化包括坏死、空泡形成、炎症浸润和早期纤维化。
作者贡献声明
Marta Szukalska：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目管理、方法学、研究、数据分析、概念化。Marta Witkowska：研究、数据分析。Patrycja Sujka-Kordowska：撰写 – 审稿与编辑、方法学、研究、数据分析。Izabela Miechowicz：软件使用、方法学、数据分析。Rados?aw Mrówczyński：撰写 – 审稿与……
数据可用性
支持本研究结果的数据包含在手稿和补充信息文件中。原始数据可向相应作者索取。
利益冲突
作者声明没有利益冲突。
利益冲突声明
作者声明作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究由波兰国家科学中心（项目编号UMO-2018/31/B/ST8/02460）和波兰波兹南医科大学（资助编号004648）资助。
