微流控技术实现红细胞胞内递送：悬液特性与细胞属性的深度探究

研究人员探究细胞悬液化学 / 流变特性及红细胞属性对微流控胞内递送的影响，发现小鼠是合适模型，助力临床应用。

　　

红细胞胞内递送研究：为药物运输解锁新可能

在医学和生命科学领域，如何更高效、更安全地将治疗药物递送至细胞内部，一直是科研人员不懈探索的重要课题。现有的人工药物载体，如胶束、脂质体、纳米颗粒和肽等，虽然在一定程度上能够实现药物的运输，但它们面临着诸多挑战。比如，许多纳米材料存在与材料相关的毒性问题，可能引发炎症反应、影响血液相容性，甚至对生殖系统产生不良影响。同时，人们对这些载体的吸收、分布和代谢过程也尚未完全了解，开发出可靠的产品需要付出巨大努力。

在这样的背景下，天然载体 —— 红细胞（Red Blood Cells，RBCs）进入了科研人员的视野，成为极具潜力的药物递送系统候选者。红细胞具有诸多独特优势，使用患者自身的血液时，它具有良好的生物相容性；而且只需采集少量血液样本，就能获得大量红细胞。红细胞没有细胞核，这使其能够运输相对较多的药物。此外，红细胞的生命周期约为 120 天，在这段时间里，它们能够到达身体的各个部位。更为重要的是，利用自体细胞进行治疗，甚至可以在患者床边进行操作，为医疗领域带来了革命性的可能性。

基于红细胞的这些优势，来自意大利米兰理工大学（Politecnico di Milano）等机构的研究人员，开展了一项关于红细胞胞内递送的研究。该研究成果发表在《Annals of Biomedical Engineering》上，旨在深入探究细胞悬液的化学 / 流变特性以及不同动物红细胞的属性，如何影响微流控技术介导的胞内递送机制，为未来将这一递送技术应用于临床奠定基础。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 样本制备：从匿名健康人类供体（9 名男性和 3 名女性）的血沉棕黄层中分离人红细胞，同时使用小鼠（3 个样本）和大鼠（3 个样本）的血液进行实验。其中，大鼠和小鼠的血液由 MTTLab 提供。通过特定的离心和分离方法，获取纯净的红细胞，并制备不同血细胞比容（Hematocrit，Ht）和含有不同蛋白质的红细胞悬液12。
2. 微流控胞内递送：采用聚甲基丙烯酸甲酯芯片作为微流控装置，利用注射器泵推动红细胞悬液通过芯片。通过逐步改变流速（5 - 30 - 50 μL/min），探究不同流体动力学条件对红细胞膜的作用，以实现最佳的胞内递送效率，同时尽量减少对细胞膜的损伤3。
3. 检测分析：使用流式细胞仪（Flow Cytometer）分析收集的样本，测量荧光强度的增加，以此评估荧光素异硫氰酸酯（Fluorescein Isothiocyanate，FITC）标记的葡聚糖（Dextran，FD40S）的封装效率。同时，通过设置未处理对照（UT）和阴性对照（N），排除红细胞自身荧光和葡聚糖自由扩散的干扰4。

下面来看具体的研究结果：

1. 人红细胞在 1% Ht 且含白蛋白（BSA）蛋白时的胞内递送：在人血实验中，该技术展现出良好的胞内递送效果。在含有 BSA 的 GASP 缓冲液（PBS 含 1% (w/v) BSA）悬浮液中处理时，高达 85% 的细胞封装了荧光分子；在 PBS 中，这一比例更是达到 97%。不同流速对负载细胞数量影响较小，但对荧光强度有一定影响。与 PBS 相比，GASP 中 FD40S 的自由扩散明显更低5。
2. 人红细胞在 10% Ht 且含 BSA 蛋白时的胞内递送：对人红细胞在 10% Ht 的 GASP 缓冲液中的胞内递送实验表明，除一次实验外，高比例（70 - 94%）的细胞成功封装了探针分子 FD40S。然而，ΔF 值（反映递送效率的参数）受患者血液样本影响较大。低流速（5 μL/min）时，由于细胞沉降严重，会堵塞微通道，因此未报告该流速下的结果6。
3. 大鼠和小鼠红细胞的胞内递送：在对大鼠和小鼠红细胞的实验中，FD40S 均成功递送至红细胞内。但小鼠血液中的封装效果更好，在 GASP 中 ΔF 值高达 80%；大鼠红细胞的封装效率较低，最大荧光增加接近 50%。与人类红细胞类似，在 GASP 中，大鼠和小鼠红细胞的分子自由扩散也更低7。

研究结论与讨论部分，该研究具有重要意义。研究发现，虽然 BSA 的存在会使胞内递送的变异性增加，但仍有 70 - 94% 的细胞成功封装了探针分子。这表明，即使存在蛋白质 - 聚合物相互作用，微流控技术仍能实现有效的胞内递送。同时，研究表明，增加 Ht 至 10% 时，胞内递送效率与 1% Ht 时基本相当，尽管存在粘度增加和扩散系数降低的情况。

在比较不同动物模型的红细胞时，研究人员发现，小鼠和大鼠红细胞的封装效率低于人类红细胞。这可能与它们的细胞膜物理性质、细胞体积、变形能力以及细胞聚集特性等因素有关。考虑到未来体内研究需要合适的动物模型，小鼠因负载细胞数量与人类红细胞相似，被认为是最适合用于该特定递送方法临床前研究的动物模型。

总的来说，这项研究深入探讨了影响红细胞微流控胞内递送的多种因素，为进一步优化这一技术提供了重要依据。确定小鼠作为合适的动物模型，也为未来的临床前研究铺平了道路，有望推动基于红细胞的药物递送技术从实验室走向临床应用，为患者带来更安全、有效的治疗方案。