脂质纳米载体的肠上皮细胞内转运机理研究与给药系统分子设计

Lipid nanoparticles, which could transport through enterocytes and delivery via lymph system, might be one of the most potentially applicable drug delivery system for enhancing oral drug absorption by overcoming the gastrointestinal barriers and improving bioavailability. The present research on the absorption of lipid nanoparticles in the gut mainly refers to the route of absorption and the mechanism of internalization. However, the critical steps of transportation in cells of nanoparticles that followed nanoparticles internalization remain to be elaborated systematically, because the transcytosis of nanoparticles affected the rate and extent of exocytosis directly, and closely related to transmucus transport and absorption ability of drug delivery system. In the present study, various lipid nanoparticles will be prepared with different properties, e.g. chemical composition, spatial structure under the direction of molecular designing. The transcytosis of lipid nanoparticles in intestinal epithelial cells and its influencing factors will be investigated and the transportation mechanisms of lipid nanoparticles in the intestinal epithelial cells will also be clarified.Therefore, this study will enrich and development the design theory and application foundation of oral drug delivery systems for poorly soluble drugs and biological macromolecules.

脂质纳米粒可通过肠上皮细胞转运并经淋巴循环吸收的特点，使其成为克服消化道吸收屏障、提高药物口服生物利用度的重要技术手段之一。目前脂质纳米给药系统的消化道吸收研究主要涉及吸收途径和肠细胞摄取机理，在纳米粒摄取后的细胞内转运等关键过程尚待系统阐述，纳米粒的细胞内转运直接影响到经细胞摄取纳米粒的出胞传递速度与程度，对纳米给药系统的跨肠细胞转运与体内吸收具有密切的相关性。本项目拟通过分子设计手段构建具有不同化学组成、空间结构的脂质纳米载体，考察脂质纳米载体经肠上皮细胞内转运与影响因素，阐明脂质纳米载体经肠上皮细胞转运的分子机制；丰富和发展难溶性药物、生物大分子药物的口服给药系统设计理论与应用基础。

本课题选取MDCK细胞来体外构建细胞单层模型，对固体脂质纳米粒的入胞和出胞机制，跨单层膜转运的机制进行了详细的研究并得到了重要的研究成果。固体脂质纳米粒的內吞是一个时间和能量依赖的过程，相对于出胞过程是容易的。小窝蛋白和网格蛋白介导的內吞过程是固体脂质纳米粒入胞的主要途径，而很少涉及巨胞饮通路。大约有20%的固体脂质纳米粒的內吞是通过网格蛋白介导的內吞途径。进入MDCK细胞内的固体脂质纳米粒，大约有30%进入到了溶酶体中，还有大约70%的固体脂质纳米粒停留在细胞浆中或者其他的细胞器。这些固体脂质纳米粒进一步从顶侧膜或基底侧膜转运出胞。进入细胞内的固体脂质纳米粒将进一步通过细胞内的各种亚细胞结构进行转运，最终从顶侧膜或基底侧膜转运出胞。研究发现内质网、高尔基体和微管蛋白在固体脂质纳米粒的出胞过程中发挥着重要的作用。固体脂质纳米粒的跨MDCK单层膜的转运也是一个时间和能量依赖的过程，在2-3小时之间的转运速度是最快的。经过4个小时的转运，大约有2.5%的固体脂质纳米粒被转运到了Transwell的下室中（即跨膜转运的量）。定量分析结果表明，大约有10%的固体脂质纳米粒被摄取进入单层膜中或被转运到了基底侧（2.5%），进而我们可以得出大约有7.5%的固体脂质纳米粒被摄取进入了MDCK单层膜中。这也进一步说明了固体脂质纳米粒的跨膜转运是一个相对困难的过程。对由顶侧膜摄取进入MDCK单层膜中的固体脂质纳米粒进一步分析表明，其向顶侧膜的转运量大约是向基底侧膜转运量的4倍。这也进一步说明，进入单层膜中的固体脂质纳米粒更倾向于向顶侧膜进行外排而不是进行跨膜转运。本研究还发现，固体脂质纳米粒在单层膜中的转运不会影响单层膜的紧密连接，这也说明固体脂质纳米粒是一个相对安全的口服纳米给药载体。固体脂质纳米粒在MDCK单层膜上的转运主要是由网格蛋白和小窝蛋白介导的途径，几乎不涉及巨胞饮途径。跨膜转运的研究结果表明内质网、高尔基体以及微管蛋白在固体脂质纳米粒的跨膜转运中发挥着重要的作用。本研究还发现，可能存在直接的转运通路将固体脂质纳米粒由顶侧膜转运到基底侧。这条途径是一条非常有效的转运途径，其可不经过内质网和高尔基体，转运的效率显著提高，为后续固体脂质纳米粒的结构设计提供了新思路。本研究对固体脂质纳米粒跨膜转运机制的研究成果，对固体脂质纳米粒的设计提供了有意义的理论指导。