手性是指物體不能與其鏡像疊加的性質(zhì)。手性分子及其鏡像稱為對映體，在拉丁命名法中表示為“ D ”(右旋)和“ L ”(左旋)。手性概念在有機(jī)化學(xué)和立體化學(xué)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，但其在生物醫(yī)學(xué)，特別是納米醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用仍處于發(fā)展的早期階段。
在自然界中，氨基酸、碳水化合物和核酸等小分子在生命起源中起著至關(guān)重要的作用，都是手性的。例如，氨基酸主要是L，而糖和眾所周知的 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)主要是D。這種現(xiàn)象被稱為同手性，是所有生物的定義特征。
手性分子已廣泛應(yīng)用于藥物設(shè)計(jì)中，其中一些分子被設(shè)計(jì)為以對映體特異性方式與身體相互作用。例如，D-乙胺丁醇是一種抗結(jié)核藥物，而L-乙胺丁醇會導(dǎo)致失明。1將手性引入納米顆粒 (NP) 和納米組件是增強(qiáng)納米醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化影響的一個有前景的途徑。
手性納米顆粒是通過將手性配體結(jié)合到納米顆粒表面來合成的。相比之下，手性納米組裝體表示由多個單獨(dú)的納米粒子組成時具有手性的結(jié)構(gòu)。2手性納米組裝體的制備可以基于本征手性相互作用、外場感應(yīng)或手性模板促進(jìn)，并且根據(jù)導(dǎo)致對稱性缺陷的驅(qū)動力，可以產(chǎn)生多種納米組裝體形狀。3
用于免疫治療的手性納米材料
手性分子是一種不能與其鏡像疊加的分子。就像左手和右手的拇指和手指順序相同，但是鏡像而不相同一樣，手性分子也以相同的順序附著相同的東西，但是鏡像而不相同。盡管大多數(shù)氨基酸可以以左旋和右旋形式存在，但地球上的生命幾乎完全由左旋氨基酸組成。[維基共享資源]
江南大學(xué)的Huang Kuang和Chuanlai Xu以及密歇根大學(xué)的Nicholas Kotov最近領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)結(jié)構(gòu)相同但手性不同的納米粒子由于原子空間排列的不同而表現(xiàn)出不同的刺激免疫細(xì)胞的能力。4該團(tuán)隊(duì)利用圓偏振光和手性肽合成了單分散金納米粒子，發(fā)現(xiàn)兩種納米粒子的對映體都能引發(fā)免疫反應(yīng)，其中 L-納米粒子比右旋對映體表現(xiàn)出更強(qiáng)的效果。
更進(jìn)一步，研究小組表明，在體外，L -NP 能夠以比D -NP 兩倍的效率進(jìn)入免疫樹突狀細(xì)胞，并且與 H9N2 流感病毒疫苗佐劑相比， L -NP 作為 H9N2 流感病毒疫苗的佐劑的效率高出 1,258 倍。 D -NP，為納米級手性在免疫學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了潛力。
“納米尺度的手性納米粒子和手性(不是碳光學(xué)中心典型的埃尺度)是尚未充分探索但至關(guān)重要的領(lǐng)域，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)和其他生物大分子都具有這種特征。因此，我們可以根據(jù)目標(biāo)蛋白指定的手性要求設(shè)計(jì)納米顆粒，使其與蛋白質(zhì)相互作用。納米級手性使它們能夠更好地“貼合”。就癌癥疫苗而言，許多問題源于目標(biāo)蛋白(或其他大分子)上的良好目標(biāo)表現(xiàn)出低免疫反應(yīng)的問題。這是許多癌癥疫苗失敗的原因。例如，手性納米顆?？梢詭椭せ顦渫粻罴?xì)胞，以“學(xué)習(xí)”目標(biāo)大分子的序列，從而創(chuàng)造出更有效的疫苗和更持久的療效。”
手性納米顆粒作為癌癥的治療和預(yù)防
在 COVID-19 大流行的背景下，利用脂質(zhì)納米粒子作為藥物輸送平臺，證明了納米技術(shù)徹底改變藥物輸送領(lǐng)域的潛力。隨著納米技術(shù)在藥物輸送方面的各種應(yīng)用的探索，脂質(zhì)納米顆粒已成為一項(xiàng)有前途的技術(shù)，特別是在 mRNA 疫苗的輸送方面。
癌癥是一個重大的全球健康威脅，也是全球第死亡原因。5 2019 年的一項(xiàng)研究顯示，新增癌癥病例達(dá) 2,360 萬例，癌癥相關(guān)死亡人數(shù)達(dá) 1,000 萬例。6雖然手術(shù)、化療和放療等傳統(tǒng)治療方法很常見，但這些干預(yù)措施往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，這主要是由于它們?nèi)狈δ[瘤特異性。為了解決這個問題，研究人員正在探索使用癌癥疫苗，其目的是通過刺激免疫系統(tǒng)來特異性靶向和消除癌細(xì)胞。
Wang等人使用圓偏振光合成L- / D-金納米粒子，能夠?qū)π∈竽Ｐ椭械哪[瘤發(fā)揮治療和預(yù)防作用。7 L -NPs 表現(xiàn)出與細(xì)胞更強(qiáng)的相互作用，從而增強(qiáng) NK 細(xì)胞和 CD8+ T 細(xì)胞的活化及其對腫瘤組織的浸潤。
“適應(yīng)性免疫取決于對特定抗原的識別。腫瘤可以通過隱藏其細(xì)胞膜蛋白來逃避免疫監(jiān)視。因此，腫瘤細(xì)胞表面沒有理想的靶抗原。但腫瘤細(xì)胞在某些表面蛋白豐度上與正常細(xì)胞不同。我們可以設(shè)計(jì)針對腫瘤細(xì)胞的手性納米粒子，以釋放內(nèi)在抗原，損傷相關(guān)分子模式(DAMP)和細(xì)胞因子，并招募免疫細(xì)胞。然后冷的免疫抑制腫瘤可以轉(zhuǎn)化為熱腫瘤，”帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)用于癌癥治療和預(yù)防的手性納米顆粒的徐傳來說。
阿爾茨海默病的對映體依賴性治療
阿爾茨海默病是癡呆癥的主要原因，并且在費(fèi)用、死亡率和負(fù)擔(dān)方面是一個重大的健康問題。8阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的研究最近已成為手性納米療法的焦點(diǎn)。Shi等人發(fā)現(xiàn)手性金納米粒子在近紅外光照射下可以有效促進(jìn)小鼠神經(jīng)干細(xì)胞(NSC)分化為神經(jīng)元。9神經(jīng)干細(xì)胞具有多能性和顯著的再生潛力，已被提議作為神經(jīng)退行性疾病、中風(fēng)和脊髓損傷的潛在治療方法。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分化的效率隨著手性的增強(qiáng)而增加，而且這些手性納米粒子在阿爾茨海默病小鼠模型的體內(nèi)研究中也顯示出顯著的治療效果。
除了使用 NSC 進(jìn)行治療外，防止 β 淀粉樣蛋白 (Aβ) 肽的聚集也是治療 AD 的一種有前景的方法。由 Aβ 肽錯誤折疊聚集體引起的神經(jīng)原纖維纏結(jié)的形成是 AD 的一個突出的組織病理學(xué)特征。中國納米材料中心唐志勇教授團(tuán)隊(duì)證明，手性納米粒子可以有效抑制Aβ42的聚集，靜脈注射后可穿過血腦屏障，且毒性極小。10與對映體D相比，L -NP對 Aβ42 表現(xiàn)出更大的結(jié)合親和力和更高的腦生物分布-NPs，可改善對 Aβ42 纖維顫動的抑制，并更有效地挽救 AD 小鼠模型的行為缺陷。
“上個世紀(jì)的沙利度胺悲劇告訴我們，一種藥物的不同對映體可能會產(chǎn)生截然不同的結(jié)果，一種有效，而另一種可能無效甚至有害。因此，確定藥物的手性對于確保其安全性和有效性至關(guān)重要。在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，手性納米顆粒具有獨(dú)特的特性，影響其藥代動力學(xué)、生物分布和作為藥物輸送載體的功效。我們的研究表明，手性金納米粒子對β淀粉樣蛋白聚集表現(xiàn)出對映選擇性，這意味著它們優(yōu)先與藥物的一種對映體相互作用，而不是與另一種對映體相互作用，”唐說。
他補(bǔ)充說，大多數(shù)使用小分子或抗體來治療阿爾茨海默病的臨床試驗(yàn)都沒有成功，因?yàn)榧{米顆粒的小尺寸使它們能夠克服身體的屏障并穿過血腦屏障，從而產(chǎn)生更高的生物利用度和更少的副作用。
“盡管如此，與任何新的治療方法一樣，必須徹底評估手性納米粒子的安全性和毒性。這包括了解它們對免疫系統(tǒng)的潛在影響以及它們的長期安全性。手性納米藥物還可以提供用于疾病成像和監(jiān)測的非侵入性方法，從而改善患者的治療效果并降低醫(yī)療成本。通過最大限度地減少毒性，手性納米藥物有可能提高患者的生活質(zhì)量。”
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