开发用于细胞内物质递送的新型光响应载体

人工脂质双层囊泡脂质体，也称为蛋白脂质体，是能够掺入各种分子(例如化学品和药物)的专门系统。它们独特的特性使它们成为细胞内输送物质的理想载体。然而，它们必须具备在细胞外环境中高稳定性和在细胞内环境中低稳定性的双重特征。

已经开发了几种技术来以条件依赖的方式调节脂质体的稳定性，其中pH敏感的脂质体被广泛应用。pH 值是酸度或碱度的标准测量值，范围为 1 到 14，其中 7 代表“中性”，例如水，pH 值低于 7 表示酸性，高于 7 表示碱性。有趣的是，当暴露于低于 5.5 的酸性 pH 值时，pH 敏感脂质体可以被触发释放其内容物。

在一项新研究中，日本冈山大学须藤由纪教授领导的研究小组开发了一种利用光从 pH 敏感脂质体中释放内容物的精确方法。“这项研究提出了一种称为光诱导破坏性脂质体 (LiDL) 的新型纳米材料，并将其应用于光控细胞内物质输送，”Sudo 教授解释道。他们的研究成果由冈山大学的 Taichi Tsuneishi 先生和日本北海道大学的 Yuma Yamada 教授共同撰写，于 2023 年 6 月 15 日发表在《Chemical Communications》杂志第 59 期上。

研究人员利用一种源自海洋细菌的名为红红球菌异视紫红质 (RmXeR) 的蛋白质，利用光启动脂质体内的酸化。为了研究 RmXeR 在脂质体中的功能而不受到 pH 依赖性特性的干扰，他们首先使用脂质水合方法开发了 pH 不敏感的蛋白脂质体，将蛋黄中的磷脂酰胆碱与胆固醇相结合。然后，通过稀释方法掺入纯化的RmXeR。研究人员估计，在绿光照射下，由此获得的脂质体内部的 pH 值从 7.0 变为 4.8，使其适合光诱导破坏。

随后，该团队开发了基于1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺和胆固醇半琥珀酸酯的pH敏感蛋白脂质体。有趣的是，在将 RmXeR 引入脂质体之前，研究人员加入了一种称为钙黄绿素的水溶性荧光染料作为测试物质，以评估其释放能力。通过监测钙黄绿素的荧光，他们观察到其从脂质体中的释放以光依赖性方式发生，这表明脂质体在被光触发时有效地释放物质。这些 pH 敏感的脂蛋白体 (LiDL) 在无光的情况下表现出卓越的稳定性，在暴露于 4°C 的温度下两周时仍能保持其理化特性。

在下一阶段的研究中，研究人员将 LiDL 引入哺乳动物 HeLa 细胞中，以评估其作为细胞内物质输送载体的有效性。他们监测了 LiDL 的细胞摄取，发现 LiDL 的存在，无论是否包含 RmXeR，都会增强 HeLa 细胞对脂质体的摄取。这证明了 LiDL 作为细胞内物质递送载体的潜力。为了进一步提高细胞内递送效率，研究人员将一种名为硬脂基八精氨酸的化学物质引入LiDL中。这个增强版本称为 LiDL-R8，与 LiDL 相比表现出明显更好的性能。

这些发现强调了 LiDL 在化学物质和生物分子的细胞内递送方面的实用性。“利用 LiDL，可以通过光控制药物输送，这可能会导致各种疗法的进步，”Sudo 教授强调道。展望未来，该团队的目标是通过彻底表征脂质体的结构并优化实验条件来提高内容物释放效率。

实际上，LiDL 作为光学可控载体，有望改善药物输送。这些脂质体具有增强的功效而不引起副作用，表现出卓越的细胞外稳定性和可控的细胞内不稳定性。“我们的研究将有助于确保各年龄段人们的健康生活和促进福祉，这与联合国可持续发展目标 (SDG3) 之一相关，”乐观的须藤教授总结道。