基于MIL-100(Fe)纳米颗粒的3合1新冠肺炎联合治疗策略

2025-02-06 Thu
基于MIL-100(Fe)的新型肺部抗SARS-CoV-2治疗策略探索全球公共卫生领域近年来面临许多严峻挑战，尤其是2019年以来由SARS-CoV-2冠状病毒引发的新冠疫情。在该疫情中，病毒的高传播性和持续存在性暴露了目前预防及治疗手段的瓶颈。这一状况也突显了亟需研发更加高效且创新的治疗方法，以应对未来可能爆发的全球传染病。在此背景下，纳米医学（nanomedicine）技术的崛起为传统方法提供了替代方案。纳米载药系统的设计具有改善药物稳定性、优化药物分布及药代动力学特征的潜力，从而提升治疗效果并降低副作用。然而，尽管金属有机框架（MOFs, Metal–Organic Frameworks）在癌症和感染等复杂疾病治疗中展现了巨大潜力，其作为潜在抗病毒治疗平台的研究仍处于初级阶段。为此，本研究提出基于一种具“3合1”综合效果的MIL-100(Fe)多功能纳米颗粒肺部制剂，用以探讨其在抗SARS-CoV-2病毒中的潜能。
研究来源与背景本文由来自Advanced Porous Materials Unit (IMDEA Energy, Spain)的Beatrice Fodor等科学家执笔，合作单位还包括Universidad Autónoma de Madrid、Université Montpellier等知名机构。论文发表在《Advanced Healthcare Materials》期刊，由Wiley-VCH出版公司于2025年正式发表。
研究团队致力于探索金属有机框架作为新型药物递送系统（Drug Delivery System）的潜在生物医学应用，特别针对如何提升MOF在抗病毒治疗中的效率以及临床转化潜力展开了详细研究。研究目标是开发一种针对肺部感染的SARS-CoV-2病毒的综合治疗方案，结合MIL-100(Fe)纳米颗粒自身特性以及外部药物和功能分子修饰，提供一种三重协同（即“3合1”）抗病毒疗法。
研究流程1. 纳米颗粒设计与合成研究的第一步是设计一种经优化的多功能MOF纳米颗粒(MIL-100(Fe))。MIL-100(Fe)是一种以三羧酸为配体（trimesic acid, H3BTC），含铁(Fe)的金属有机框架材料。其合成采用微波辅助合成法（microwave-assisted synthesis），通过混合三羧酸和六水合三氯化铁（FeCl3·6H2O）的水性溶液，并在130°C条件下反应以形成晶体结构。制备后，通过一系列分析手段（如动态光散射（DLS）、X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、比表面积（BET）测试等）对纳米颗粒特性如大小、表面电荷、孔隙度等进行了全面表征。
随后，研究团队利用易溶液浸渍法，在MIL-100(Fe)表面涂覆肝素（heparin）。这种特定的多糖分子具有免疫调节以及阻碍病原体粘附的效果，是该平台治疗SARS-CoV-2感染的重要组成部分。接下来，通过将抗病毒药物法匹拉韦（Favipiravir, FVP）注入MIL-100(Fe)的孔隙中，大幅提高其药物装载及使用效率，完整制备出集“免疫调节”“病毒抑制”以及“载药释放”于一体的MIL-100(Fe)-Hep/FVP三功能纳米颗粒。
最后，通过喷雾干燥技术，将上述纳米颗粒与D-甘露醇（D-Mannitol）混合成直径约为3 μm的微球粒子，形成了一种适用于肺部的抗病毒粉末制剂，用以下一步的体内实验。
2. 体外SARS-CoV-2感染模型评价在体外实验部分，研究团队选用了重组表达ACE2受体的人类肺腺癌细胞（A549-ACE2）作为感染模型，并使用活性SARS-CoV-2病毒对其进行感染较长时间（48小时）。病毒感染的抗性检测通过SARS-CoV-2核蛋白（nucleoprotein-N）的表达水平变化作为代理指标，评估不同颗粒及剂量的抗病毒效果。此外，采用MTT细胞染色实验和DAPI核染色技术，分析处理后细胞的存活率，确认生物相容性。
实验结果显示，加载药物和涂覆肝素的最终制剂FVP@MIL-100(Fe)-Hep显示出最佳的抗病毒效果，与单纯的MIL-100(Fe)颗粒相比，在较低浓度下即能显著抑制病毒活性（抑制率从5.8%提升至38.4%）。此外，肝素涂层和抗病毒药物的协同作用导致了显著的感染抑制水平及细胞耐受性。
3. 体内肺部递送与分布研究作为治疗COVID-19的目标器官，研究团队进一步将所得微球制剂通过气管内喷射方法，递送至小鼠肺部以评估其体内生物分布和安全性。小鼠实验区分为两组测试样本（Ma-FVP@MIL-100(Fe)-Hep与Ma-MIL-100(Fe)）以及对照组（空气注射），通过系列采样时间点（0.5h、4h、24h）观察粒子在肺部及其他器官（肝、脾）中的分布。
主要发现包括:
1. 相较于无涂层样本，肝素涂层显著增强了微球在肺部的初期滞留率（0.5小时，16.3% vs. 5%）。
2. 尽管微球主要通过肝脏清除，其早期肺部分布更有助于肺上皮的深层递送。
3. 肝素的修饰显著减少了因被巨噬细胞识别而导致的早期清除，表现出免疫隐避能力。
在毒性研究方面，无论在组织学观察还是行为评估中，均未发现显著炎症或形态学损害，进一步支持该系统的生物安全性。
4. 免疫反应评价研究还通过检测小鼠血清中的8种细胞因子（例如IL-6、IL-12p70、TNF-α等）的表达变化，分析了该肺部递送平台对免疫反应的调节效果。通常观察到，含肝素的微球显著下调了促炎因子的分泌（如IL-6减少了一级以上数量级），并明显提升了抗炎因子如IL-10的表达。总结来看，肝素的引入有效转向了免疫反应的抗炎模式，无需诱发剧烈的炎症状态。
研究意义与价值本文研究通过创造性地将MOFs与肝素结合，并配备已验证抗病毒能力的药物法匹拉韦，为COVID-19及类似的肺部病毒感染提供了一个全新的治疗策略。其主要亮点如下：
1. 揭示了MIL-100(Fe)框架的内在抗病毒活性，并证实其无毒特性。
2. 通过外部修饰肝素实现了免疫调节及肺部深层递送的新突破。
3. 成功开发了适用于肺部的喷雾微球制剂，为未来的临床转化提供了基础。
该研究的结论为MOFs在抗病毒治疗中的应用开辟了新的前景，也为防治未来的全球性传染病流行提供了具有实际意义的解决方案。未来，这一3合1平台或许能成为全球抗疫领域的一个重要工具。