仿包膜病毒MRI可示踪、钙蛋白酶响应的高分子逐级靶向的输递体系协同治疗AD的研究

Alzheimer's disease (AD) is one of the most common neurodegenerative diseases. Increasing evidence has revealed that caspase-3-cleaved tau can cause the form of NFTs and mitochondrial dysfunction in neurons. Herein, we will combine RNA interference (RNAi) with chemotherapy drugs for synergistic AD therapy. The siRNA drug si-caspase-3 reduces tau protein fragmentation, and chemical drug ceria nanoparticle mitigates mitochondrial damage. However, there are many problems in the process of drugs delivery, and we propose to construct a enveloped virus-like , calpain-responsible , step-wise targeting and traceable drug delivery system: ① To overcome the great hindrance at the blood brain barrier (BBB), we developed poly(carboxybetaine) (PCB) which modified with K16ApoE and Tet-1 polypeptides for crossing BBB and targeting neurons. ② To improve drugs enrichment in neurons, ceria nanoparticles will be covalently bound on the surface of superparamagnetic iron tetroxide nanoparticles to construct a system mimicking viral surface topography for enhanced neuronal delivery and to controlled release chemical drug to neuronal cytoplasm because of the increased activity of calpain; Then siRNA drug is electrostatically adsorbed on the PCB, and the endosomal acid reverses the electric charge to release the siRNA drug. In addition, superparamagnetic iron tetroxide nanoparticles can be used for magnetic resonance imaging of drugs to provide evidence for drug enrichment. By investigating the treatment efficiency and evaluating the safety of system in vitro and in vivo, an efficient and safe drug delivery system of AD will be obtained.

阿尔兹海默病（AD）的主要病因是tau蛋白片段化造成的神经原纤维缠结和线粒体损伤引起的神经元病变，因此本项目拟采用小核酸药物si-caspase-3减少tau蛋白片段化及化药二氧化铈缓解线粒体损伤，协同治疗AD。针对药物输递过程面临的诸多瓶颈，申请人拟构建一种仿包膜病毒磁共振成像（MRI）可示踪的钙蛋白酶响应高分子逐级靶向的载药体系：①针对血脑屏障（BBB）难以跨越，采用聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯（PCB）为药物载体，连接多肽K16ApoE和Tet-1分别跨越BBB及靶向神经元；②针对药物神经元富集少，仿包膜病毒形貌促进胞吞，将化药共价连接在超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒表面，神经元内实现钙蛋白酶响应释放化药；小核酸药物通过静电吸附于PCB上，内涵体酸性响应电荷反转释放小核酸，最终实现药物在神经元内富集。超顺磁性四氧化三铁纳米颗粒可以进行药物的MRI示踪，为药物富集提供成像依据。

帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）是最常见的神经退行性疾病之一，其主要病理特征是脑部黑质区多巴胺能神经元的变性和死亡，临床主要表现为运动机能的丧失。病变神经元内α突触核蛋白（α-syn）聚集体的不及时清除和细胞间传递会加速疾病进程。因此，围绕α-syn聚集体的治疗策略是改善PD病理的关键。采用RNA干扰（RNAi）技术可以有效沉默基因表达，根源上缓解病理。然而，小干扰RNA（siRNA）药物由于自身性质限制了其临床应用。通过静脉注射给药，在核酸药物脑部递送过程中存在组织屏障和细胞屏障。血脑屏障阻碍药物的脑部富集，细胞膜屏障阻碍核酸药物从胞外输递至胞内，且通过内吞-内涵体途径入胞，不完全的内涵体逃逸严重影响了核酸药物siRNA在作用位点细胞质的富集和治疗效果。.针对上述问题，本文设计构建了仿病毒核酸药物纳米输递体系。体系引入3-5 nm二氧化铈纳米酶，模拟病毒粗糙表面，采用内吞增强策略提高药物入胞效率。同时，在体系表面修饰具有靶向作用的类乙酰胆碱聚合物，并通过静电吸附siRNA药物，完成仿病毒核酸药物输递体系的构建。仿病毒输递体系可有效穿过血脑屏障并靶向神经元。在此过程中，粗糙表面进一步增强入胞效率，与表面光滑的非仿生组相比，仿生组的神经元内吞效率提高至1.5倍。由于质子海绵效应促进体系内涵体逃逸，实现药物在细胞质的富集。仿病毒形貌纳米输递体系显著改善PD模型鼠行为学，改善了PD模型小鼠的自发运动能力和运动协调能力。二氧化铈纳米酶可清除活性氧ROS，协同siRNA药物减少α-syn聚集体，起到显著缓解PD病理的效果。通过上述研究，实现了核酸药物在病灶神经元的高效富集，为神经退行性疾病的核酸药物递送提供了平台。同时，在国际高水平SCI收录期刊发表研究论文6篇，申请专利2项，培养研究生4名，如期完成了项目提出时的预期研究结果。