Nat. Biomed. Eng. | 一种基于仿生思路的钠离子通道阻滞剂特异性递送策略

发布时间:2021-09-22 11:54     文章来源:未知     作者:百替生物

选择性Site-1钠离子通道阻滞剂S1SCBs)(如:河豚毒素、石房蛤毒素等)是一类天然强效神经毒素,具有镇痛和局部麻醉的功效,且几乎无组织毒性,因此极具潜力成为阿片类药物的非成瘾替代品。然而, S1SCBs 高度亲水,注射到体内时会迅速扩散,引发严重的全身毒性,剂量窗口特别窄。因此,开发安全有效的递送系统来控制释放以延长作用持续时间和最小化毒性是将此类毒素用于局部麻醉的关键。
近日,哈佛医学院波士顿儿童医院Daniel Kohane课题组在《Nature Biomedical Engineering》期刊上发表了题为Delivery of local anaesthetics by a self-assembled supramolecular system mimicking their interactions with a sodium channel”的研究论文,该研究通过模仿人体自身的药物受体,成功安全的输送并缓释河豚毒素,即通过模拟它们与钠通道相互作用的自组装超分子系统,用于递送局部麻醉剂。
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研究人员利用钠离子通道中与河豚毒素特异相互作用的两条多肽序列(P1、P2)为基元设计载体。为了将两条关键的结合序列的距离拉近至其在离子通道中的距离,研究人员将多肽修饰成具有不同的疏水基团(C12、C18、Benz-FFFLL、Benz-YFYLL)的两亲性多肽,使其可以在水溶液环境下组装成纳米结构。

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图1. 河豚毒素(Tetrodotoxin,TTX)及其离子通道结合位点的关键多肽序列(来源于NBE)。
通过对各组制剂中药物(河豚毒素)的释放动力学进行评价,研究人员筛选出对河豚毒素缓释最好的组别,即Benz-FFFLL为疏水部分的组别,其既保证了结合序列的相互靠近,又避免了两条结合序列自身过强的相互作用,从而更利于S1SCBs与纳米结构的结合。随后研究人员通过突变结合序列的关键氨基酸或打乱氨基酸排序,验证了结合序列在此超分子组装载体中的特异性。

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图2. 疏水修饰的多肽及组装。a) 优选组多肽序列,b) 自组装及TTX装载(来源于NBE)。
体内实验中,由于组装体系具有一定的粘度,局部(坐骨神经周围)注射后其滞留时间可达3天以上。加之载体对河豚毒素的缓释作用,此动物模型中,该体系最长可达到16小时的局部麻醉效果,是无载体河豚毒素的7倍;此剂型中,河豚毒素的剂量窗口也被扩大,因此提高了河豚毒素使用的安全性。
由于多肽载体生物相容性好,此载体没有造成肌肉毒性和神经毒性。由于S1SCBs具有相同的钠离子通道结合位点,因此,此体系对河豚毒素、石房蛤毒素及其衍生物均有缓释效果,且显著提高了它们的功效及使用安全性。此技术已申请美国专利。
此超分子组装体系的设计是基于药物分子与相应受体特异性结合的仿生思路,此超分子组装的仿生体系为S1SCBs提供了一个特异性的递送平台,也为超亲水、剂量窗口窄的药物的特异性递送提供了参考策略。

Nature杂志对此工作进行了题为“An unruly painkiller is tamed with inspiration from nature”的亮点评论,美国科学院和工程院院士、超分子化学领域专家Samuel I. Stupp教授将在C&EN News上对该工作进行了点评。

考资料:

[1] Tianjiao Ji, et al. Delivery of local anaesthetics by a self-assembled supramolecularsystem mimicking their interactions with a sodium channel. Nature Biomedical Engineering. 2021. Doi:10.1038/s41551-021-00793-y.

[2] An unruly painkiller is tamed with inspiration from nature. Nature2021. Doi:10.1038/d41586-021-02514-6.

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