ACS Nano：周民团队开发口服微藻

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

放射性物质和电离辐射已广泛应用于核能、放射诊断、放射治疗、农业、工业等现代社会的各个方面，在人们的生活中得到了广泛应用。尽管有着诸多有益应用，但电离辐射也可能导致各种健康损害。在放射治疗或核事故等情况下，放射性敏感器官会暴露并引起一系列的结构损伤和功能障碍。

由于小肠体积大，对辐射高度敏感，因此在临床肿瘤放疗中对小肠的副作用难以避免和缓解。而在意外的辐射下，整个身体都可能受伤，从而导致多处病变甚至死亡。因此，迫切需要有效的肠道和全身辐射防护剂。由于肠道是吸收药物进入血液的主要器官，因此有效药物在肠道的分布和吸收对于肠道和全身的辐射防护都是至关重要的。

由于活性氧（ROS）的产生是辐射诱导细胞损伤的关键机制，因此，许多抗氧化剂被探索作为辐射防护剂。虾青素（ASX）是最强的抗氧化剂之一，具有较高的氧自由基吸收能力，可作为一种有潜力的天然辐射防护剂。此外，虾青素还具有抗炎、免疫调节、肠道菌群调节等功能。然而，虾青素水溶性和稳定性较差，生物利用度低，这导致其难以通过口服给药，虽然之前有报道微胶囊或纳米胶囊策略可提高其口服生物利用度，但这种方式是否能达到有效的肠道和全身保护尚不清楚。

近日，浙江大学周民教授团队在 ACS Nano 期刊发表了题为：Oral Microalgae-Nano Integrated System against Radiation-Induced Injury 的研究论文。

该研究开发了一种口服微藻-纳米复合系统，利用天然微藻有效负载了难溶性药物虾青素，实现了虾青素在肠道与全身辐射防护中的口服应用，开发了一种具有良好生物安全性、口服利用度与多重有益效果的口服辐射防护制剂，为口服药物递送和辐射防护研究提供了有潜力的解决方案。

浙江大学医学院周民团队近年来率先提出使用安全性高的微藻作为递送载体，以解决大部分药物难以被高效输送到疾病部位的问题。通过这种新型生物材料实现更安全、高效的靶向性药物递送策略，可显著提高药物治疗效果，并具有较高临床转化和产业化可行性。 钝顶螺旋藻（Spirulina platensis，SP）是一种大小为200-500 μm、呈螺旋状的天然微藻，可被用作构建口服给药系统的微载体，可有效改善药物在肠道内的滞留、缓释和生物分布。更重要的是，SP的负电荷表面可以吸引带相反电荷的分子/粒子，使其成为易于合成许多递送系统的高适应性微载体。此外，SP已被证明具有多种益处，如营养补充、抗炎、肠道微生物群和代谢调节。因此，SP与虾青素（ASX）相结合的策略在辐射防护方面可能具有很大的潜力。 在这项最新研究中，周民教授团队设计了一种口服微藻-纳米复合系统，用于肠道和全身的辐射防护。将带正电的壳聚糖/PLGA ASX纳米颗粒（ASXnano）附着在天然带负电的微藻SP表面，构建了SP@ASXnano系统。该系统在不破坏SP的结构和生物活性的情况下实现了较高的负载效率。

微藻-纳米复合系统SP@ASXnano的合成及其作用机理 

体外和体内实验表明，该系统具有多种优势，微藻SP纳米颗粒与ASX纳米颗粒在给药方面具有互补作用，同时在辐射防护方面具有协同作用。首先，SP和ASXnano的互补显著改善了药物在肠道和血液中的分布。SP可以减少胃部药物损失，延长肠道滞留，持续释放ASXnano，并逐步降解，ASXnano能提高药物的溶解度、胃稳定性、细胞吸收和肠道吸收。其次，SP和ASXnano在抗炎、保护微生物群、上调粪便短链脂肪酸（SCFA）等方面具有协同作用，从而达到更强的辐射防护效果。

总的来说， 该研究开发了一种口服微藻-纳米复合系统，利用天然微藻有效负载了难溶性药物虾青素，实现了虾青素在肠道与全身辐射防护中的口服应用，开发了一种具有良好生物安全性、口服利用度与多重有益效果的口服辐射防护制剂。 该研究也揭示了微藻-纳米复合策略在口服递送中的优势，拓展了螺旋藻作为难溶性药物载体的适用性，为口服药物递送和辐射防护研究提供了有潜力的解决方案。 近年来，周民团队基于微藻活性生物材料在医学应用领域开展了系列创新性研究。前期，周民团队开展了基于工程化微藻用于肿瘤治疗（Science Advances 2020；Advanced Functional Materials 2020；Small 2020；ACS Applied Materials ＆ Interfaces 2020；Theranostics 2021；View 2021）；感染疾病治疗（Nano Today 2022；Adv. Therapeutics 2020）、胃肠道炎症（ACS Nano 2023；Nature Communications 2022；Science Advances 2021）等系列研究，并取得了一系列开创性的进展。团队已完成微藻药物小规模化和标准化生产以及相关大动物模型药理和毒理学系统研究，推动其临床转化。