仿生缓释系统:模仿自然有毒生物提供持久的局部麻醉

受生物启发的1号部位钠通道阻断剂缓释系统模仿麻醉剂在体内的天然受体。1号部位钠通道阻断剂如河豚毒素和石房蛤毒素是具有强大局部麻醉特性的小分子药物。它们能缓解疼痛,对局部神经和肌肉没有毒性影响,是阿片类药物的一个有吸引力的替代品。但是,单独注射会造成严重的全身毒性。

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将这些药物封装在安全的传输系统中一直是一个挑战:因为它们的水溶性极高,它们往往会进入身体周围的水中。

波士顿儿童医院生物材料和药物输送实验室主任、麻醉学、重症监护和疼痛医学系研究副主任Daniel Kohane博士说:"因为这种毒性无法控制剂量,因此也无法获得持久的神经阻断。"

科哈恩实验室的前博士后季天骄博士有一个想法,即建立一个生物仿生系统,缓慢释放局部麻醉剂以延长其效果。正如《自然-生物医学工程》杂志9月号所描述的,该系统模仿人体自身的麻醉剂受体。模仿物抓住药物,系统一旦侦测到麻醉到位,控制系统就会缓慢释放麻醉剂,以最小的毒性提供长时间的神经阻断。

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该示意图显示了具有疏水修饰的多肽P1和P2,使它们能够自我组装成与河豚毒素(TTX)结合的纳米结构。

科哈恩实验室已经创造了许多缓释系统,包括输送河豚毒素的系统,这是第一个模仿自然界的设计,尽管河豚毒素和石房蛤毒素是试验麻醉剂,但这种方法有可能被应用于其他药物输送系统。

为了创建缓释系统,季与共同第一作者杨丽博士和其他实验室成员一起,从两个肽序列的混合物开始,即P1和P2。这两种肽都是实际钠离子通道的一部分;当河豚毒素被送入神经时,它同时与两种肽结合。

研究小组随后用长链的疏水(拒水)分子修改了P1和P2。这导致所产生的分子将自己组装成纳米结构,将两种肽定位在一起,模仿它们在钠通道上的定位方式。肽对吸收了麻醉剂,就像它们在钠通道上本身一样。

当加入疏水链时,这些肽形成了一条长纤维,上面有成千上万的P1和P2在挥舞。每一组肽都结合了一个河豚毒素分子。把这些肽想象成手,如果你想抓住河豚毒素,需要两只手一起握住它。

当这种结构被注射到目标神经附近时,河豚毒素通过扩散和其他过程慢慢释放出来,并与神经本身的P1和P2结合。

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研究小组随后对含有河豚毒素的纳米结构进行了测试,将其注射到活体大鼠的坐骨神经附近。麻醉剂在原地停留的时间比游离的河豚毒素更长,而且没有毒性组织反应,对动物的神经行为测试表明,神经阻滞持续时间长达16小时。

通过劫持自然界的设计,他们成功为麻醉药物创造了一个合成受体,作为一个输送和释放系统。该团队已经为他们的方法申请了专利。理论上,它可以应用于不同的药物和其他受体-药物相互作用。

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