两亲性氟化胶束颗粒应用于线粒体的靶向载药递送
线粒体是一种重要的细胞器，是细胞的动力源和代谢信号中心。线粒体的缺陷或功能障碍与许多人类疾病有关，如神经系统疾病、心血管疾病和癌症。如今，线粒体已成为最重要的治疗靶点之一，是研究线粒体功能和治疗线粒体相关疾病的重要手段。氟由于其独特的性质，在超过20%的已上市药物中，被用来增加药物的治疗活性和化学或代谢稳定性。氟还可以提高蛋白质的稳定
线粒体是一种重要的细胞器，是细胞的动力源和代谢信号中心。线粒体的缺陷或功能障碍与许多人类疾病有关，如神经系统疾病、心血管疾病和癌症。如今，线粒体已成为最重要的治疗靶点之一，是研究线粒体功能和治疗线粒体相关疾病的重要手段。
氟由于其独特的性质，在超过20%的已上市药物中，被用来增加药物的治疗活性和化学或代谢稳定性。氟还可以提高蛋白质的稳定性和特异性，制备用于磁共振成像和正电子发射断层成像的分子探针。近年来，各种含氟聚合物和其他含氟生物材料在生物医学领域的应用得到了开发和研究。基于此，2021年12月，来自德克萨斯农工大学的课题组在ACS NANO发表了题为“Potential-Independent IntracellularDrug Delivery and Mitochondrial Targeting”的文章，阐述并验证了氟两亲分子具有成为有效的细胞内药物递送和线粒体靶向工具的潜力。
在此研究中，研究者们合成并比较了两种氟化两亲胶束颗粒，磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氟碳化合物(PE-PEGm-Fn)和聚乙二醇-氟碳化合物(PEGm-Fn)，它们分别可以自组装成壳型氟化胶束和核型氟化胶束。实验结果表明，作为靶向线粒体的纳米载体，PEGm-Fn比PE-PEGm-Fn更有优势。
首先，研究者们通过氟两亲分子的设计，探索了两种纳米颗粒氟化策略，即壳/表面氟化和核氟化。在自组装过程中，氟化基团（Fn）越多，越容易形成颗粒，并且PEGm-Fn形成的颗粒较小且稳定。由于PEG外层，PEG2k-Fn胶束具有接近中性的ζ电位。而对于PE-PEG2k-Fn聚合物，当氟化度(n)从3增加到7时，它们的平均粒径从120 nm增加到200nm， ζ电位从20mV减小到30 mV。此外，用丽丝胺罗丹明b -磷脂酰乙醇胺(Rh-PE)作为荧光探针标记胶束纳米颗粒进行细胞摄取实验，结果显示，核氟化胶束比壳氟化胶束表现出更高的细胞摄取（高20倍）。
在这项研究中，观察PEGm-F7 (m = 1 k， 2 k，或5 k)组装胶束在正常(NIH / 3T3)和癌症细胞，包括非(海拉)和耐多药(NCI / ADR-RES)细胞中的变化，数据表明，PEG- Fn胶束的摄取很可能与细胞类型无关。与PEG1k-F7和PEG5k-F7相比，PEG2k-F7的细胞摄取略高，这可能是由于(PEG的)亲水性和(氟碳化合物的)疏水性之间的适当平衡。研究者们还发现PEG2k-F7胶束在4℃时的吸收仅为37℃时的50%左右，说明吸收过程需要能量，是能量依赖的网格蛋白介导的内吞作用。这些特性将保护递送的药物免受内溶酶体降解，并促进细胞内运输和细胞器靶向。
虽然氟化胶束颗粒显示了增强的细胞摄取，但它们的细胞内定位模式仍不明确。研究者们分别对线粒体、内质网(ER)和高尔基体(Golgiapparatus)进行染色。与线粒体相比，PEG2k-F7胶束在内质网或高尔基体中的积累要低得多，PEG2k-F7胶束可被快速内化并优先聚集在线粒体内。
为研究线粒体靶向机制，研究人员分别用FITC（绿色）标记PEG2k、F7和磷脂酰乙醇胺（PE），用MitoView633(红色)对线粒体进行染色。内化后，FITC-PE广泛分布于胞质中，无线粒体靶向。相反，FITC-F7主要在线粒体中积累，表明氟碳化合物(F7)主要负责线粒体靶向。FITC-F7的线粒体积累(20.9%)是FITC-PE(11.1%)的两倍。然而，由于其极端的疏水性，氟碳化合物(Fn)本身并不适合作为药物载体。因此PEG的适当长度平衡了亲疏水比例，并促进聚合物自组装成核壳胶束来装载药物。
研究者们认为，鉴于其高疏水性和缺乏正电荷，PEG-Fn能够与线粒体疏水性结构(如膜磷脂)相互作用，从而产生较高的线粒体亲和力。通过对比含有不同类型磷脂的脂质体发现，氟碳化合物与所有被测试的磷脂表现出更强的结合亲和力，并不因为它们的电荷的变化而改变。更近一步，研究者们以一种具有广泛抗癌活性的维生素E琥珀酸酯(VES)为模型药物。VES以10%的加载效率加载到PEG2k-F7胶束中。载药后，PEG2k-F7胶束的粒径略有增大，而ζ电位略有减小。由于PEG2k-F7胶束的高稳定性，它的释药速度相对较慢而稳定。PEG2k-F7胶束表现出较长的血液循环时间，这是因为PEG和F7都可以减少非特异性生物相互作用，以及中性电荷的纳米颗粒在血液循环中的半衰期更长。
最后，研究者们研究了胶束的体内抗癌活性。经过三次注射后，游离VES与生理盐水（saline）组相比没有明显的抗癌活性。注射第14天，与盐水组相比，PEG2k-F7/VES胶束抑制了75%的肿瘤大小和65%的肿瘤重量，而PEG2k-PE/VES（无氟碳化合物）胶束仅抑制了40%的肿瘤大小和30%的肿瘤重量。
此外，该治疗对肝肾功能没有显着影响，治疗后重要器官无组织学改变。而在肿瘤切片上，胶束处理组（PEG2k-PE/VES和PEG2k-F7/VES）可见明显的细胞死亡/坏死区，而游离PEG2k-F7和游离VES组则无明显的细胞死亡/坏死区。所有这些数据表明：游离PEG2k-F7即使在多次静脉注射后仍是安全的，即使在低VES剂量下，PEG2k-F7胶束也能显着提高VES的抗癌活性，而没有显着的不良反应。
