JACS: 具有可調諧厚度和磁導率的共組裝磁性納米囊泡用于MRI成像的藥物傳遞監測

【引言】

由于具有良好的穩定性、生物相容性、合適的尺寸及磁響應性，超順磁性的氧化鐵納米粒子（SPIONs）在生物醫學方面具有廣泛的應用，比如生物成像、免疫分析、細胞分離、腫瘤成像和治療等。但是尺寸較小的SPIONs每顆的磁化強度有限，限制了其在深層組織成像方面的應用。增加氧化鐵納米顆粒（NP）的尺寸（>26nm）導致更高的磁矩，但因此可能導致納米顆粒的膠體不穩定性。

【成果簡介】

近日，美國國立衛生院陳小元教授聯合馬里蘭大學帕克分校聶志宏教授和阿卜杜拉國王科技大學Niveen M. Khashab（共同通訊作者）報道了可調層結構的由SPIONs緊密包裹構成的磁性囊泡，通過調整PS-b-PAA和SPIONs的比例，可以控制膜的厚度由9.8變化為93.2 nm，同時觀測到磁性囊泡由單層變為多層結構。隨著磁性囊泡膜變厚的同時，SPIONs密度增大，磁化強度變高，橫向弛豫率大大增加。后續的細胞動物實驗證實該囊泡在診斷治療領域有較好的應用。該研究成果以題為“Cooperative Assembly of Magneto-Nanovesicles with Tunable Wall Thickness and Permeability for MRI-Guided Drug Delivery”發布在國際著名期刊JACS上。

【圖文導讀】

圖一：納米囊泡的形成過程以及生物應用示意圖

(a) 通過BCP嫁接SPIONs和游離PS-b-PAA的協同組裝，制造壁厚可調的磁性囊泡（MV）；

(b) MVs用于成像引導遞送DOX進入荷瘤小鼠。

圖二：MV的尺寸以及壁厚

(a) MVs的SEM圖像；

(b) MVs的TEM圖像；

(c) 不同溫度下MVs的TEM圖像；

(d) MuMVs的STEM圖像和對應的Fe強度掃描線；

(e) MoMVs的STEM圖像和對應的Fe強度掃描線。

圖三：不同膜厚度的表征

(a-d) 不同膜厚度MVs的TEM圖像；

(e) PS-b-PAA 和 BCP-SPIONs比例與膜厚度的關系；

(f) 不同比例的SPIONs和BCP-PS-b-PAA的自組裝結果圖。

圖四：不同膜厚度的形成原因

(a) 不同比例W_BCP/W_SPION形成不同膜厚度的MVs機理；

(b) 水和半徑與W_BCP/W_SPION的關系；

(c) 總BCPs的重量分數與W_BCP/W_SPION的關系。

圖五：體外磁性質實驗

(a) 300K和2K下MuMVs的滯回曲線；

(b) 單個SPION和MV中每個納米粒子的磁化強度以及SPION和MV的相應凈磁化強度；

(c) 不同材料的磁化強度對比；

(d) 不同材料不同濃度的T2加權MRI成像圖。

圖六：不同材料負載DOX溶液和細胞實驗

(a) 不同材料負載DOX的體外釋放圖；

(b) 不同材料的細胞毒性對比；

(c) 不同材料的細胞熒光成像對比。

圖七：體外磁性質實驗

(a) 活體腫瘤區域的T2加權成像；

(b) 活體腫瘤區域的DOX熒光成像成像；

(c) b中相應腫瘤區域的熒光強度定量分析；

(d) 注射不同材料的腫瘤生長曲線；

(e) 注射不同材料的小鼠存活率曲線；

(f) 注射不同材料的小鼠體重變化曲線。

【小結】

作者開發了一種新型的磁性囊泡（MV），囊泡的形態可以從單層，雙層到多層囊泡進行控制，隨著PS-b-PAA與SPIONs比例的增加，膜的厚度顯著增加。同時發現具有較厚膜和較高SPION密度的MuMV具有獨特的特征，例如增強的MRI對比度，每個囊泡的高磁化率和治療劑的可調釋放特征。在靜脈內給藥后，由于具有協同的磁性和活性腫瘤靶向效應，在外部磁場的幫助下，可以在體內腫瘤位點有效富集與RGD靶向部分綴合的MuMV。MuMVs增強的腫瘤累積使得能夠通過MRI有效地成像腫瘤，并增強腫瘤抑制。

文獻鏈接：Cooperative Assembly of Magneto-Nanovesicles with Tunable Wall Thickness and Permeability for MRI-Guided Drug Delivery (JACS, 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b00884)

本文由材料人生物材料組大兵哥供稿，材料牛編輯整理。

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