环糊精介导胃肠道药物递送新突破：揭示黏附和穿透黏液的协同作用

《Drug Delivery and Translational Research》：Cyclodextrin-mediated enhancement of gastrointestinal drug delivery: unveiling mucoadhesive and mucopenetrating synergy

为提升胃肠道药物递送效果，研究人员合成不同硫醇化和 S - 保护的环糊精（CDs），发现 CD-SS-PEG 1kDa 极具潜力，有助于改善口服药物递送。

　　在药物研发的广阔领域中，胃肠道药物递送一直是备受关注的焦点。想象一下，我们口服的药物就像一个个小小的 “探险家”，它们需要穿越胃肠道这一复杂的 “迷宫”，才能发挥治疗作用。然而，胃肠道的黏液层就像一道难以逾越的屏障，阻碍着药物的吸收。传统的环糊精（CDs）虽能提高药物溶解度，却因黏附性有限，难以在胃肠道黏膜上停留足够长的时间，导致大量药物未被充分吸收就被排出体外。这就好比探险家还没找到宝藏，就被送出了迷宫。为了解决这一难题，来自奥地利因斯布鲁克大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Drug Delivery and Translational Research》上，为胃肠道药物递送带来了新的希望。

研究人员的核心目标是通过创新的化学修饰方法，提升环糊精的胃肠道黏附性和黏液穿透能力，进而增强药物的生物利用度。为实现这一目标，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是化学合成技术，通过特定反应合成了第一代硫醇化 CD（CD-SH），并利用不同分子量的聚乙二醇（PEG）对其进行 S - 保护，制备出第三代硫醇化 CD（CD-SS-PEG）。其次，运用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振（¹H NMR）技术对合成产物进行结构表征，确定其化学结构。此外，通过细胞实验和动物实验评估其生物性能，如利用多种细胞系进行细胞毒性和细胞摄取研究，在大鼠模型上进行体内黏附性研究等。

合成与表征

研究人员成功合成了第一代高度硫醇化的环糊精（h CD-SH）和第三代硫醇化且 S - 保护的环糊精（CD-SS-PEG 1^kDa 和 CD-SS-PEG 2^kDa）。通过 FT-IR 和¹H NMR 光谱验证了硫醇化和 S - 保护的成功。在 FT-IR 光谱中，特定的峰变化表明了硫醇基团的形成和 S - 保护反应的发生；¹H NMR 光谱也显示出相应的信号变化，进一步确认了结构的改变。

生物学研究

• 细胞毒性：在对 Caco-2、HEK 293、Hela 和 HT-29 细胞的研究中发现，未修饰的 CD、CD-SH、CD-SS-PEG 1^kDa 和 CD-SS-PEG 2^kDa 在 4 小时的孵育过程中，对大多数细胞系的细胞毒性不显著（存活率高于 80%）。不过，在 HEK 293 细胞系中，CD-SH 的细胞存活率有所下降，而经过 S - 保护后，细胞存活率有所提高，尤其是使用 1^kDa PEG 进行 S - 保护时效果更明显。
• 溶血试验：溶血试验评估了不同 CD 对红细胞膜的影响。结果表明，未修饰和硫醇化的 CD 在 1 小时内，浓度为 0.25%（w/v）时，溶血率均不显著。但较高程度的硫醇化会使溶血率增加，而 PEG 的 S - 保护能显著降低溶血率，如 l CD-SS-PEG 在 8 小时后溶血率仍低于 5%，处于安全阈值内。
• 流变学测量 - 黏度测量：硫醇化 CD 可与黏液中富含半胱氨酸的糖蛋白形成二硫键，增加混合物的黏度。研究发现，与未修饰的 CD / 黏液混合物相比，h CD-SH、h CD-SS-PEG 1^kDa 和 h CD-SS-PEG 2^kDa 在 3 小时内使黏度分别增加了 5.5 倍、7 倍和 9 倍。这表明 PEG 修饰的 CD 与黏液之间存在更强的相互作用，可能涉及共价键和非共价力。
• 体外黏附研究：体外黏附研究显示，硫醇化 CD 能显著增强黏附性。在 1 小时后，h CD-SH、h CD-SS-PEG 1^kDa 和 h CD-SS-PEG 2^kDa 分别有超过 70%、85% 和 80% 仍附着在肠黏膜上，而未修饰的 CD 几乎完全被冲走。这意味着它们的黏附性分别比未修饰的 CD 提高了 7 倍、8.4 倍和 7.9 倍。
• 细胞摄取研究：通过与荧光疏水染料 C6 形成复合物评估细胞摄取。结果显示，CD-SH 处理的细胞摄取显著高于未修饰的 CD 或 CD-SS-PEG。在 Caco-2 细胞系中，4°C 时细胞摄取明显下降，表明 β -CDs 的内化通过能量依赖的内吞途径进行，且 CD-SH 即使在 4°C 时摄取仍最高，说明硫醇化显著增强了 β -CD 的细胞摄取。

体内研究

研究人员在 Sprague-Dawley 大鼠上进行体内研究，观察 C6 标记的未修饰、硫醇化和 S - 保护的硫醇化 β -CDs 的分布。结果显示，4 小时后，约 35% 与 CD-SS-PEG 1^kDa 复合的染料存在于回肠，25% 存在于空肠，而未修饰的 CD 在回肠和空肠的保留率仅为 8.5% 和 5%。8 小时后，回肠中 CD-SS-PEG 1^kDa 的含量是未修饰 CD/C6 复合物的 9.3 倍，此时大部分未修饰 CD 复合物已被清除，而近 40% 的 CD-SS-PEG 1^kDa/C6 复合物仍留在胃肠道，主要在回肠。这表明 S - 保护能有效延长胃肠道停留时间，且 1^kDa 的 PEG 链在体内分布上可能具有优势。

研究结论表明，胃肠道黏液在药物 - 载体相互作用中起着关键作用。S - 保护的硫醇化 CD，尤其是使用 1^kDa PEG 链进行 S - 保护的 CD-SS-PEG 1^kDa，可通过形成水合包膜延长在黏膜凝胶层的停留时间，增强黏附性。然而，较长的 PEG 链（如 2^kDa）可能因空间位阻效应阻碍细胞摄取。体内研究证实了 PEG 1^kDa 能延长纳米载体的停留时间。硫醇化和 PEG 化相结合的方法为改善口服药物递送提供了新的策略，有望解决治疗分子在胃肠道吸收方面的难题，为未来的药物研发开辟新的道路，具有重要的理论和实践意义。