[发明专利]一种金纳米颗粒可控地打开血脑屏障提高其通透性的方法及应用

说明书

本发明公开了一种金纳米颗粒可控地打开血脑屏障提高其通透性的方法及应用，属于生物纳米医用技术领域，包括以下步骤：制备金纳米颗粒；构建血脑屏障模型：采用人脑微血管内皮细胞和正常人星形胶质细胞构建；将金纳米颗粒作用于血脑屏障模型，诱导血脑屏障模型产生渗漏。所述金纳米颗粒的直径为12.44±1.05nm。本发明首次将金纳米颗粒用于打开脑血管内皮细胞间的连接，诱导血脑屏障渗漏，增强了血脑屏障的通透性，可促进药物穿越BBB快速到达病灶，为实现脑部给药提供了一种新的方式，为脑疾病临床治疗奠定基础。

技术领域

本发明属于生物纳米医用技术领域，具体涉及一种金纳米颗粒(AuNPs)可控地打开血脑屏障(BBB)提高其通透性的方法及应用。

背景技术

血脑屏障是指由脑毛细血管内皮细胞与神经胶质细胞形成的血液与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血液和脑脊液之间的屏障，这些屏障能够阻止血液中的大分子(往往是有害物质)进入脑组织，屏障主要由脑的连续毛细血管内皮及其细胞间的紧密连接、完整的基膜、周细胞以及星形胶质细胞脚板围成的神经胶质膜构成，其中血管内皮是BBB的主要结构。BBB具有选择透过性，仅允许部分血液中的物质(如气体分子和脂溶性化合物等)从脑毛细血管进入中枢神经系统，且其能控制物质穿越BBB的速度，保护中枢神经系统不受循环血液中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定，对维持中枢神经系统正常生理状态具有重要的生物学意义。这样的特殊功能虽可保护大脑免受神经毒物的侵害，但也在很大程度上给治疗脑疾病的药物传输和释放造成了困难，以至于减缓了药物研发和临床治疗的进程。因此，可控地开闭血脑屏障来输送药物是一个长期探索的基础科学问题。

在大脑中，BBB有三种形态，即黏性连接型、紧密连接型和孔隙连接型，其中，紧密连接型是BBB的主要形态。内皮细胞上的一个钙黏蛋白可与相邻内皮细胞上的钙黏蛋白形成钙黏蛋白对，如此产生的众多钙黏蛋白对使相邻的血管内皮细胞紧密连接，构成具有选择透过性的结构。在BBB功能正常情况下，一些小分子能通过被动传输的方式穿过BBB，而一些具有较高电荷、极性和亲水性的大分子物质(如葡萄糖、氨基酸和大多数药物)必须通过特殊的转运蛋白才能穿过BBB。因此，大部分药物很难穿越BBB。为提高脑疾病治疗药物传输效率，科研工作者进行了大量尝试，开发了多种提升药物穿过BBB效率的方法，例如：将药物和前药进行化学修饰，暂时打开BBB的紧密连接，或通过神经外科手术传药以及借助纳米颗粒调控药物传输等。纳米颗粒运载药物穿过BBB呈现出多种优势，如无创、良好的生物相容性、稳定性、靶向性和高度可控的药物装载和释放，从而受到研究者与医学工作者的青睐。目前，已有纳米颗粒运载多肽、蛋白质、核酸、抗体、抗逆转录病毒和抗癌药物等分子穿过BBB的报道。将药物负载到纳米颗粒上，然后将药物纳米颗粒复合体注射到体内，使其随血液循环到达大脑毛细血管。药物纳米颗粒复合体接触到血管内皮细胞的血管腔一侧，被细胞膜包覆内吞后，进入血管内皮细胞，穿过整个血管内皮层到达血管内皮细胞的另一侧，再通过胞吐作用被释放而进入大脑内部。最后，药物从纳米颗粒释放到达病灶，进行针对治疗。然而，纳米颗粒运载药物穿越BBB的方法操作复杂且耗时。为了进一步提高药物传输效率，科研工作者们开发了调节渗透压、微气泡和超声的方式暂时性地打开BBB的紧密连接，在毛细血管壁上产生孔隙，使药物能够快速通过这些孔隙。但是，这些方法诱发的BBB通透性在一定程度上损伤内皮细胞，导致BBB功能恢复减缓等问题。

本人所在研究团队发现纳米材料可与血管内皮细胞之间的钙黏蛋白(VE-Cadherin)相互作用，诱导可控的血管内皮渗漏，并将这一现象命名为nanomaterialsinducedendothelial leakiness(NanoEL)。目前已有报道指出金纳米颗粒能解离皮肤血管内皮的钙黏蛋白对，从而提高血管的通透性。相较于皮肤血管内皮细胞，血脑屏障内皮细胞之间的钙黏蛋白对连接更加紧密，只允许部分小分子通过，长度大约10nm，目前很难可控地开闭血脑屏障且不引起二次伤害，而皮肤血管内皮细胞间连接大约24nm，通透性比血脑屏障高。此外，皮肤毛细血管内皮细胞是单层的，血脑屏障是由多层细胞构成，结构更复杂，目前还没有将金纳米颗粒应用在血脑屏障上提高其通透性的报道，纳米颗粒诱发BBB渗漏促进药物传输的研究仍是空白。

发明内容