本研究由Jiman Jin、Xiuzhi Ye、Zhenfeng Huang、Shicui Jiang和Dini Lin等人完成，研究团队来自温州医科大学第三附属医院（The Third Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University）。该研究成果于2024年3月14日发表在ACS Omega期刊第9卷第14316至14322页，论文标题为《Curcumin@Fe/Tannic Acid Complex Nanoparticles for Inflammatory Bowel Disease Treatment》（姜黄素@铁/单宁酸复合纳米粒用于炎症性肠病治疗）。通讯作者为Shicui Jiang和Dini Lin。
炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）是一种慢性胃肠道炎症性疾病，其常见并发症包括持续性炎症、肠道病变（尤其是结直肠和直肠黏膜及黏膜下层）以及胃肠道纤维化，严重影响患者的生活质量。目前IBD的病因和发病机制尚未完全阐明，现有研究认为这是一种与免疫功能异常、肠道感染、遗传因素和肠道菌群等多因素相关的多基因疾病。
临床上针对IBD的治疗主要采用抗炎药物和生物制剂，以减轻结肠黏膜和全身炎症并调节免疫反应。然而，由于IBD的慢性特性和这些药物的不良副作用，现有治疗方案的临床效果受到显著限制。因此，开发合适的药物和药物递送系统成为该领域亟待解决的关键问题。
姜黄素（curcumin, CUR）是一种天然无毒的化合物，因其具有抗炎和抗氧化作用而越来越多地应用于IBD治疗。姜黄素能够抑制环氧合酶-2、脂氧合酶、肿瘤坏死因子-α、干扰素-γ和核因子-κB等主要炎症通路，并且能够调节肠道菌群。然而，姜黄素的水不溶性、口服后炎症部位蓄积量低以及滞留时间短等问题严重制约了其疗效和临床应用。
为克服上述局限性，研究者构建了金属-多酚网络（metal-polyphenol networks）包裹姜黄素的纳米药物递送系统。金属-多酚网络由金属离子和多酚构成，具有生物学功能性。其中，Fe³⁺/单宁酸（tannic acid, TA）网络已被证实具有良好的抗菌和抗氧化作用。此外，金属-多酚网络还利用金属阳离子与多酚之间的物理化学相互作用（如阳离子-π相互作用和配位作用）表现出粘附性包覆行为。将姜黄素包覆于Fe³⁺/TA金属-多酚网络中有望改善姜黄素的溶解度和药物释放行为，拓展其临床应用。该研究旨在构建一种Cur@Fe&TA纳米药物递送系统，通过调节抗氧化剂和炎症细胞因子水平来实现对IBD的有效治疗。
研究采用简单的包覆策略制备Cur@Fe&TA纳米药物递送系统。首先通过超声处理制备纳米级姜黄素，然后在超声条件下依次引入Fe³⁺和单宁酸，构建金属-多酚网络。该网络包裹纳米姜黄素颗粒，形成Cur@Fe&TA核壳结构。制备过程的具体参数为：将40 mg/mL的姜黄素二甲基亚砜（DMSO）溶液在持续超声下用超纯水稀释，直至姜黄素完全形成纳米结构；随后依次加入单宁酸溶液（24 mM）和FeCl₃溶液（40 mM），其中Cur/TA/FeCl₃的比例为1:2:2，持续超声直至姜黄素被金属-多酚网络充分捕获。所得混合物在超纯水中透析12小时（分子量截留值5 kDa），然后冷冻干燥24至48小时获得黄色粉末。
稳定性验证实验采用CHCl₃作为有机溶剂进行分层测试。由于CHCl₃能快速溶解姜黄素，姜黄素水溶液滴入CHCl₃后会相互扩散；而稳定的纳米材料水溶液则不会扩散到CHCl₃层中。扫描电子显微镜（SEM）观察显示Cur@Fe&TA粉末的粒径约为150至250 nm。透射电子显微镜（TEM）显示纳米材料近似圆形，元素分析证实Cur@Fe&TA含有Fe和O元素。动态光散射（DLS）测定显示峰值粒径为191.7 nm，Zeta电位为-24.9 mV。负的Zeta电位表明该纳米材料应具有较低的细胞毒性，且绝对值大于±15 mV表明纳米粒之间存在一定的排斥力，有利于阻止颗粒聚集。药物负载率测定结果接近40%，包封率接近35%。
研究采用骨髓间充质干细胞（bone-marrow-derived stem cells, BMSCs）作为模型细胞系评估Cur@Fe&TA的生物相容性。在24小时共孵育后，采用Calcein AM/PI染色检测细胞死亡情况，并通过CCK-8法检测连续三天共孵育后的细胞活力。实验设置Cur@Fe&TA组、姜黄素组、Fe&TA组和磷酸盐缓冲液（PBS）对照组。
将1 mL样品溶液（100 μg/mL）置于透析管（截留分子量2 kDa）中，浸泡于含0.1% Tween-80的20 mL缓冲液中，在37 °C条件下进行释放实验。定时取出1 mL透析液，在418 nm波长下用紫外分光光度计测定浓度，评估不同时间点的药物释放情况。
采用葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate, DSS）诱导的结肠炎IBD小鼠模型。C57BL/6小鼠（每组3只）每日饲喂含4 wt% DSS的无菌水制备IBD模型。从造模第二天起，每隔一天口服0.1 mL制备的纳米药物。定期测量小鼠体重。第8天处死小鼠，取结肠样本测量长度。结肠组织用4%多聚甲醛固定，石蜡包埋，连续切片后进行苏木精-伊红（H&E）染色评估结肠损伤严重程度，采用评分系统进行组织损伤评估。此外，通过末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP切口末端标记（TUNEL）免疫荧光染色检测肠黏膜上皮细胞的凋亡情况，通过紧密连接蛋白-1（ZO-1）和3,3-二戊基氧杂羰花青（OCC）荧光染色评估结肠黏膜屏障状况。
药物处理8天后，从各实验组小鼠分离血清样本，以2500 rpm离心10分钟取上清。通过酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）的水平。
所有数据以均值±标准差表示。组间统计学差异采用Student’s t检验。统计学显著性以*表示（与对照组相比具有统计学差异）或#表示（与DSS组相比具有统计学差异）。
CHCl₃分层实验证实，姜黄素水溶液迅速扩散到CHCl₃层中，而Cur@Fe&TA水溶液则与CHCl₃保持明显分层，证实所制备的纳米材料在水中具有良好的稳定性。SEM显示Cur@Fe&TA粉末粒径约为150至250 nm，分布相对均匀。TEM显示纳米材料呈近似圆形，EDS元素分析证实了Fe和O元素的存在，表明金属-多酚网络成功形成并包覆了姜黄素。DLS测定所得粒径分布与SEM观察结果一致，峰值粒径为191.7 nm。Zeta电位为-24.9 mV，这一负电荷特性一方面源于生物细胞膜由阴离子磷脂双分子层构成，带正电的纳米材料更可能引发免疫反应和细胞毒性，而带负电的纳米材料则具有更高的生物安全性；另一方面，绝对值大于±15 mV的Zeta电位意味着粒子间存在足够的静电排斥力以阻止聚集。药物负载率接近40%、包封率接近35%，表明该制备方法具有实际应用的可行性。
Calcein AM/PI染色结果显示，Cur@Fe&TA未引起明显的细胞死亡，所有BMSC组在药物共孵育后均存活。CCK-8检测进一步表明，Cur@Fe&TA复合纳米药物未显著改变细胞活性，实验组与PBS对照组之间无统计学显著差异。这些结果表明Cur@Fe&TA具有优良的体外生物相容性，为其体内应用奠定了安全性基础。
紫外分光光度法测定结果显示，Cur@Fe&TA在37 °C的PBS中能够实现持续稳定的药物释放。姜黄素释放量在前约20小时内逐步增加，随后趋于稳定。这一持续释放特性对于IBD的长期治疗具有重要意义，因为常规口服IBD药物往往因快速降解和释放而导致长期治疗效果有限。Cur@Fe&TA的缓释行为有望延长药物的有效作用时间，减少给药频率。
体重变化结果显示，未接受DSS诱导的对照组小鼠体重增加，而接受DSS诱导的各组小鼠中，除Cur@Fe&TA组仅出现轻微体重下降外，其余各组均表现为显著的体重下降。这一结果表明Cur@Fe&TA治疗能够有效减轻DSS诱导的全身性消耗症状。
结肠长度比较显示，Cur@Fe&TA组的结肠长度与对照组最为接近，表明Cur@Fe&TA能有效减轻DSS诱导的结肠缩短这一典型的IBD病理表现。H&E染色结果显示，各药物治疗组小鼠结肠的病理状态均优于未治疗的DSS组，证实了Cur@Fe&TA药物递送系统具有良好的治疗效果。
TUNEL免疫荧光染色显示，DSS组因IBD对肠黏膜的破坏作用而表现出显著的细胞凋亡，而药物治疗则减少了肠黏膜细胞的凋亡。ZO-1和OCC荧光染色进一步证实，Cur@Fe&TA组的结肠屏障状况与对照组相似。荧光强度的定量分析再次验证了Cur@Fe&TA的治疗效果。这些结果表明Cur@Fe&TA纳米药物递送系统能够减少IBD小鼠肠黏膜细胞的凋亡，改善黏膜屏障状况，从而促进愈合。
ELISA检测结果显示，所有接受药物治疗的小鼠中，抗氧化相关细胞因子SOD和GSH的水平均显著增加，而炎症反应相关细胞因子IL-6和IL-1β的水平则显著下调。这些数据证明Cur@Fe&TA通过发挥抗炎和抗氧化作用来调节胃肠道的氧化和炎症反应。值得注意的是，Fe&TA金属-多酚网络本身已被证实具有抗氧化作用，因此该纳米系统中的多种组分可能通过协同效应共同促进治疗效果。
本研究成功地以简单方法制备了一种能够进行长期IBD治疗的纳米药物递送系统。该系统通过构建Fe和TA的金属-多酚纳米网络来包覆纳米姜黄素，所制备的Cur@Fe&TA复合纳米药物具有抗炎、抗氧化和抗凋亡的多重功效，能够有效促进IBD的治疗。该复合纳米药物克服了传统药物溶解性差和释放过快的问题，多药系统的协同效应有效改善了治疗结果。
从科学价值而言，该研究展示了金属-多酚网络作为药物递送平台的潜力，为天然活性成分的纳米化递送提供了新思路。从应用价值而言，Cur@Fe&TA纳米药物递送系统具有优良的生物相容性，可通过调节胃肠道的氧化和炎症反应来治疗IBD，具有显著的临床转化前景和研究价值。
本研究的创新之处主要体现在以下几个方面：第一，利用金属-多酚网络的粘附性包覆行为构建核壳结构，以简单工艺实现了姜黄素的有效包覆，改善了其水溶性和药物释放动力学。第二，Cur@Fe&TA系统中的所有组分均具有药理活性，减少了非治疗性辅料的使用，实现了”全活性组分”的纳米药物设计理念。第三，该多药纳米递送系统通过协同治疗效应促进IBD治疗——姜黄素提供抗炎作用，Fe/TA金属-多酚网络本身则具有抗氧化和抗菌功能。第四，系统的负Zeta电位和优良的体外生物相容性表明其具有良好的体内应用安全性。第五，体内实验系统地验证了该纳米系统在改善体重、结肠长度、组织病理、细胞凋亡和黏膜屏障等多维度指标上的治疗效果。
该研究也存在一些不足之处。首先，细胞实验仅使用了一种细胞系（BMSCs），未来实验应采用多种细胞系以确保结果的可靠性。其次，鉴于该复合纳米材料具有持久活性，研究者提出了探索其在病程更长的临床疾病（如骨损伤）治疗中应用价值的未来方向。这些局限性也为进一步的深入研究指明了方向。