硬度是纳米颗粒重要的物理化学性质，已被证明对纳米-生物相互作用具有显著影响，包括血液循环、体内分布、肿瘤积累和细胞摄取等药物递送过程。在已报道的工作中，纳米颗粒的杨氏模量（E_Y）分布范围较大，纳米颗粒的E_Y远大于哺乳动物细胞的E_Y（2–26 kPa），导致体外和体内实验结果存在显著差异。因此设计E_Y与哺乳动物细胞相近的纳米颗粒，对于研究纳米-生物相互作用，增强药物递送效率具有重要研究价值。近日，山东大学崔基炜教授团队利用层层组装法（LbL）制备了一系列不同硬度（2–31 kPa）的聚乙二醇（PEG）纳米颗粒，探究了纳米颗粒的硬度对纳米-生物相互作用的影响。值得注意的是，柔软的PEG纳米颗粒（E_Y~2 kPa）表现出了最佳的药物递送效率和肿瘤治疗效果，这对未来纳米药物载体的设计提供了一种有前景的手段。该工作以“Multilayered Nanoarchitectonics of Poly(ethylene glycol) Nanoparticles with Tunable Stiffness Modulate Bio-Nano Interactions and Targeted Drug Delivery”为题发表在ACS Nano上。山东大学化学与化工学院崔基炜教授为该论文的通讯作者，山东大学博士研究生李梦琦为该论文的第一作者。

图1 （a）通过调控LbL组装的层数制备不同硬度PEG纳米颗粒的示意图。（b）通过调控纳米颗粒的硬度可以降低蛋白质在纳米颗粒表面的吸附和单核吞噬系统的清除，增强了纳米颗粒在肿瘤部位的积累和肿瘤细胞的摄取，提高了纳米颗粒的靶向递送效率。

  纳米颗粒的硬度是影响纳米药物载体体内命运的重要因素，目前各种具有不同E_Y的纳米颗粒（如高分子纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒和脂质体等）被制备出来，其E_Y范围跨越多个数量级从0.2 kPa到9.7 GPa，远大于哺乳动物细胞的E_Y （例如2–26 kPa），这种差异导致体外和体内的实验结果存在显著差异。因此开发硬度处于细胞E_Y范围的纳米颗粒，可以更精确地模拟生理微环境中的力学相互作用，优化纳米药物载体的设计，提高药物递送效率具有重要意义。在该研究中，团队发现通过改变LbL组装的层数可以制备一系列不同硬度（2-31 kPa）的PEG纳米颗粒（图1）。原子力显微镜（AFM）测量结果显示，随着组装层数的增加，PEG纳米颗粒的硬度也逐渐增大（图2）。此外该团队研究了PEG纳米颗粒的硬度对纳米-生物界面相互作用的影响。研究发现与硬的PEG纳米颗粒相比，柔软的PEG纳米颗粒由于降低了蛋白质在其表面的吸附，与巨噬细胞、单核细胞和树突状细胞的相互作用减少，延长了其在血液中的循环时间，并减少了肝脏的积累，为提高药物递送提供了可能（图3，图4）。为了进一步提高纳米颗粒的肿瘤靶向递送效果，进一步利用透明质酸（HA）修饰负载顺铂的PEG纳米颗粒，体内实验结果表明，较软的靶向PEG纳米颗粒在肿瘤部位的积累更多（图五），从而增强了抗癌药物顺铂的靶向递送，有效抑制肿瘤生长。总的来说，该团队通过LbL组装的方法来调节纳米颗粒的硬度为调节纳米-生物相互作用和提高药物递送效率提供了一种新的途径。

图2（a）PEG纳米颗粒在气相中的AFM图像和高度分布图，标尺尺寸为300 nm。（b）PEG纳米颗粒通过孔径为100 nm滤头的示意图。（c）定量PEG纳米颗粒穿过率的荧光统计。（d）哺乳动物细胞的E_Y，包括 MCT3T3-E1、成纤维细胞、骨骼肌细胞、内皮细胞、红细胞、HUVEC和MCF-7细胞。（e）球形AFM探针示意图。（f）PEG纳米颗粒的力-变形曲线。（g）Hertzian模型拟合计算PEG纳米颗粒的E_Y（n = 15）。

图3（a）静脉给药后，小鼠血液中PEG纳米颗粒的浓度–时间分布（n = 3）。（b）BCA 测定PEG纳米颗粒表面上蛋白吸附的含量（n = 3）。（c）与牛血清蛋白共培养后的 PEG纳米颗粒上细胞蛋白的SDS-PLGA分析图。（d）PEG纳米颗粒上吸附的蛋白质的统计热图。（e-g）PEG 纳米颗粒上的蛋白冠统计，根据其在血液系统中的生物学功能分类（n = 3）。（h）PEG NPs上蛋白质吸附示意图。

图4在培养12 h后，PEG纳米颗粒与（a）RAW 264.7和（b）THP-1细胞的相互作用（n = 3）。（c）PEG纳米颗粒与 Raw 264.7细胞共培养12 h后的共聚焦图像。（d）注射PEG纳米颗粒，12 h后，小鼠主要脏器中PEG纳米颗粒的荧光图像。（e）主要脏器的荧光统计分析（n = 3）。（c）PEG 纳米颗粒与免疫细胞的相互作用及其在小鼠体内的生物分布示意图。

图5流式细胞仪定量分析（a）PEG纳米颗粒和（b）靶向PEG纳米颗粒与4T1细胞共培养12 h后的细胞相互作用（n = 3）。（c）靶向PEG 纳米颗粒与4T1细胞共培养12 h的共聚焦图像。（d）纳米颗粒注射12 h后，小鼠主要器官中靶向PEG纳米颗粒分布的荧光图像。（e）流式细胞仪定量分析，内吞抑制剂对4T1细胞摄取靶向PEG纳米颗粒的影响（n = 3）。（f）小鼠主要脏器的荧光定量统计分析（n = 3）。

  上述研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金的资助和支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c03978