仿生緩釋系統:模仿自然有毒生物提供持久的局部麻醉

受生物啟發的1號部位鈉通道阻斷劑緩釋系統模仿麻醉劑在體內的天然受體。1號部位鈉通道阻斷劑如河豚毒素和石房蛤毒素是具有強大局部麻醉特性的小分子藥物。它們能緩解疼痛,對局部神經和肌肉沒有毒性影響,是阿片類藥物的一個有吸引力的替代品。但是,單獨注射會造成嚴重的全身毒性。

將這些藥物封裝在安全的傳輸系統中一直是一個挑戰:因為它們的水溶性極高,它們往往會進入身體周圍的水中。

波士頓兒童醫院生物材料和藥物輸送實驗室主任、麻醉學、重症監護和疼痛醫學系研究副主任Daniel Kohane博士說:”因為這種毒性無法控制劑量,因此也無法獲得持久的神經阻斷。”

科哈恩實驗室的前博士後季天驕博士有一個想法,即建立一個生物仿生系統,緩慢釋放局部麻醉劑以延長其效果。正如《自然-生物醫學工程》雜誌9月號所描述的,該系統模仿人體自身的麻醉劑受體。模仿物抓住藥物,系統一旦偵測到麻醉到位,控制系統就會緩慢釋放麻醉劑,以最小的毒性提供長時間的神經阻斷。

仿生緩釋系統:模仿自然有毒生物提供持久的局部麻醉

該示意圖顯示了具有疏水修飾的多肽P1和P2,使它們能夠自我組裝成與河豚毒素(TTX)結合的納米結構。

科哈恩實驗室已經創造了許多緩釋系統,包括輸送河豚毒素的系統,這是第一個模仿自然界的設計,盡管河豚毒素和石房蛤毒素是試驗麻醉劑,但這種方法有可能被應用於其他藥物輸送系統。

為了創建緩釋系統,季與共同第一作者楊麗博士和其他實驗室成員一起,從兩個肽序列的混合物開始,即P1和P2。這兩種肽都是實際鈉離子通道的一部分;當河豚毒素被送入神經時,它同時與兩種肽結合。

研究小組隨後用長鏈的疏水(拒水)分子修改了P1和P2。這導致所產生的分子將自己組裝成納米結構,將兩種肽定位在一起,模仿它們在鈉通道上的定位方式。肽對吸收了麻醉劑,就像它們在鈉通道上本身一樣。

當加入疏水鏈時,這些肽形成了一條長纖維,上面有成千上萬的P1和P2在揮舞。每一組肽都結合了一個河豚毒素分子。把這些肽想像成手,如果你想抓住河豚毒素,需要兩只手一起握住它。

當這種結構被注射到目標神經附近時,河豚毒素通過擴散和其他過程慢慢釋放出來,並與神經本身的P1和P2結合。

仿生緩釋系統:模仿自然有毒生物提供持久的局部麻醉

研究小組隨後對含有河豚毒素的納米結構進行了測試,將其注射到活體大鼠的坐骨神經附近。麻醉劑在原地停留的時間比游離的河豚毒素更長,而且沒有毒性組織反應,對動物的神經行為測試表明,神經阻滯持續時間長達16小時。

通過劫持自然界的設計,他們成功為麻醉藥物創造了一個合成受體,作為一個輸送和釋放系統。該團隊已經為他們的方法申請了專利。理論上,它可以應用於不同的藥物和其他受體-藥物相互作用。

來源:cnBeta