学术前沿
精读 Journal of Nanobiotechnology｜纳米靶向递送新策略，助力纳米诊疗体系构建
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详细介绍
线粒体移植是恢复缺血性心脏病（IHD）患者能量供应的重要治疗策略;然而，移植方法的侵入性以及线粒体活性丧失的限制。本文报告了口服线粒体移植用于 IHD 治疗的成功案例。在线粒体表面对释放一氧化氮的纳米马达进行改造，使得具有纳米运动作用中对受损心脏组织具有趋化定向能力的纳米马达线粒体。纳米马达化线粒体被包装在肠囊中，以保护它们免受胃酸侵蚀。口服后，线粒体在肠道中释放，被肠道细胞迅速吸收并分泌到血液中，从而输送到受损的心脏组织。纳米马达线粒体对疾病微环境的调控不仅能使受损心肌细胞快速吸收并高保留线粒体，还能维持移植线粒体的高活性。此外，动物模型的 IHD 结果表明，受损心脏组织中积累的纳米马达线粒体可以在转录层面调控心脏代谢，从而防止 IHD 的进展。该策略有可能改变治疗 IUD 的治疗策略。
该研究以题为“Oral mitochondrial transplantation using nanomotors to treat ischaemic heart disease”发表在Nature Nanotechnology上。
图1
a，纳米马达和细胞膜修饰过程，以及胶囊的隔室设计。b，CM/NM/Mito@Cap的体内递送和治疗途径。c,d，未修饰线粒体(c)和NM/Mito(d)的TEM图像。比例尺，500 nm。e，CM/NM/Mito的CLSM图像。MitoTracker，NM/Mito；WGA，CM。比例尺，10 μm。f，JC-1染色后CM/NM/Mito的定量分析，以抗霉素A处理的CM/NM/Mito作为对照。n=6个生物学独立样本。FI，荧光强度。g，在底物苹果酸、谷氨酸和ADP存在下，抗霉素A处理的未修饰线粒体、未修饰线粒体、NM/Mito和CM/NM/Mito的ATP合成能力。n=6个生物学独立样本。h,i，受损H9c2细胞与不同样品共孵育24小时后ROS(h)和NO(i)水平的流式细胞术定量。n=6个生物学独立细胞样本；门控策略见扩展数据图2h。数据以均值±s.d.表示。统计学显著性在f中通过双尾非配对Student t检验计算，在h中通过单因素方差分析及双尾最小显著差异多重比较检验计算，在g,i中通过双尾Dunnett T3多重比较检验计算。
图2
a，CM/NM/Mito与受体细胞建立缝隙连接通道的示意图。b，正常IEC-6和H9c2细胞在钙黄绿素培养基中与CM/NM/Mito形成缝隙连接通道的CLSM图像。黑色圆圈，钙黄绿素染色区域。比例尺，20 μm。c–f，不同样品在正常IEC-6（c,d）和H9c2细胞（e,f）中的CLSM图像及定量。MitoTracker，样品；DiO或WGA，细胞膜；Hoechst 33342，细胞核。比例尺，50 μm。(1) 未修饰线粒体；(2) NM/Mito；(3) CM/NM/Mito。n=6个生物学独立细胞样本。g，不同状态细胞选择性胞吐CM/NM/Mito的机制。h,i，正常和受损IEC-6（h）及H9c2细胞（i）中Ca²⁺水平曲线。j,k，正常和受损IEC-6（j）及H9c2细胞（k）中CM/NM/Mito泄漏率的定量。n=6个生物学独立细胞样本。l，受损H9c2细胞中细胞自身线粒体与不同样品共定位的CLSM图像及Pearson相关系数。MitoTracker Deep Red，样品；MitoTracker Green，细胞自身线粒体；Hoechst 33342，细胞核。比例尺，50 μm。m，原代心肌细胞与不同样品共孵育24小时后的钙瞬变。数据以均值±s.d.表示。统计学显著性在d、f中通过单因素方差分析及双尾LSD多重比较检验计算，在j、k中通过双尾非配对Student t检验计算。
图3
a，CM/NM/Mito@Cap组装过程示意图。b，含燃料胶囊在PBS中的崩解过程。比例尺，5 mm。c，含或不含燃料胶囊在大鼠肠液中的产气情况。比例尺，5 mm。d，翻转肠囊示意图及回肠切片CLSM图像。MitoTracker，CM/NM/Mito；DAPI，细胞核。比例尺，500 μm。e，观察部位示意图。f，大鼠口服CM/NM/Mito@Cap后肠道组织的离体成像及定量。n=6个生物学独立动物样本。g,h，大鼠口服(1) Mito@Cap、(2) NM/Mito@Cap和(3) CM/NM/Mito@Cap后回肠切片的CLSM图像及定量(g)，以及肠系膜微血管的体内荧光图像及定量(h)。MitoTracker，样品；DAPI，细胞核。比例尺，100 μm。n=6个生物学独立动物样本。i–l，急性IHD模型(i,j)和慢性IHD模型(k,l)中口服(1) Mito@Cap、(2) NM/Mito@Cap和(3) CM/NM/Mito@Cap后心脏的离体成像及心脏递送效率。n=4个生物学独立动物样本。数据以均值±s.d.表示。统计学显著性在g中通过单因素方差分析及双-tailed Dunnett T3多重比较检验计算，在h、j、l中通过双尾LSD多重比较检验计算。
图4
a，CM/NM/Mito@Cap组装过程示意图。b，含燃料胶囊在PBS中的崩解过程。比例尺，5 mm。c，含或不含燃料胶囊在大鼠肠液中的产气情况。比例尺，5 mm。d，翻转肠囊示意图及回肠切片CLSM图像。MitoTracker，CM/NM/Mito；DAPI，细胞核。比例尺，500 μm。e，观察部位示意图。f，大鼠口服CM/NM/Mito@Cap后肠道组织的离体成像及定量。n=6个生物学独立动物样本。g,h，大鼠口服(1) Mito@Cap、(2) NM/Mito@Cap和(3) CM/NM/Mito@Cap后回肠切片的CLSM图像及定量(g)，以及肠系膜微血管的体内荧光图像及定量(h)。MitoTracker，样品；DAPI，细胞核。比例尺，100 μm。n=6个生物学独立动物样本。i–l，急性IHD模型(i,j)和慢性IHD模型(k,l)中口服(1) Mito@Cap、(2) NM/Mito@Cap和(3) CM/NM/Mito@Cap后心脏的离体成像及心脏递送效率。n=4个生物学独立动物样本。数据以均值±s.d.表示。统计学显著性在g中通过单因素方差分析及双-tailed Dunnett T3多重比较检验计算，在h、j、l中通过双尾LSD多重比较检验计算。
图5
a–f，急性IHD模型中的转录组学分析。GO富集分析显示对照组与假手术组比较的DEGs（a,b）、CM/NM/Mito@Cap组与对照组比较的DEGs（c,d）及相应的KEGG通路富集分析（e,f）。直方图：前十个显著富集的生物过程。横轴表示通路的−log10 P，纵轴表示GO条目。弦图：前十个显著富集的GO条目，其中右半圆代表十个GO条目的名称，左半圆为GO条目中的DEGs。颜色图表示基因的倍数变化（log2尺度），彩色带将基因连接到特定GO条目。气泡图：前20个显著富集的KEGG条目。横轴表示富集分数，纵轴表示描述，气泡大小表示富集基因数。CellP.，细胞过程；HumaD.，人类疾病；Metab.，代谢；OrgaS.，生物系统；EnvIP.，环境信息处理。g–i，急性IHD模型中的非靶向代谢组学分析：代谢通路富集分析直方图（g,h），以及代表性差异代谢物（包括6-磷酸葡萄糖、6-磷酸果糖和L-肉碱）的箱线图，显示中位数（箱内线）、四分位距（箱）、1.5倍四分位距（须）、最小值和最大值（i）（(1) 对照；(2) 口服CM/NM/Mito@Cap）。j，显示线粒体的心脏TEM图像。比例尺，1 μm。在a–i中，假手术组n=3个生物学独立动物样本，对照组和口服CM/NM/Mito@Cap组n=4个生物学独立动物样本。在a–f中，P值使用负二项分布确定，然后使用Benjamini-Hochberg程序进行多重假设检验校正。在g–i中，统计学显著性通过双尾非配对Student t检验计算。
总结
线粒体移植受限于侵入性给药和移植后活性下降。我们在线粒体表面修饰释放一氧化氮的纳米马达，使其具备趋化受损心肌的能力，并包裹于肠溶胶囊中以避免胃酸破坏。口服后线粒体在肠道释放，经肠道细胞吸收进入血液，递送至心脏缺血区域。纳米马达不仅促进受损心肌细胞快速摄取和高保留，还维持移植线粒体的活性。在缺血性心脏病动物模型中，蓄积于心脏的线粒体从转录层面调控代谢，延缓疾病进展。
参考文献：
DOI:10.1186/s12951-026-04548-2
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