甲氧基苯磺酸盐修饰的生物聚合物和纳米颗粒增强抗疟疾和抗隔离活性以应对重症疟疾

Enhanced Antimalarial and Antisequestration Activity of Methoxybenzenesulfonate-Modified Biopolymers and Nanoparticles for Tackling Severe Malaria.

作者信息Adrian Najer, Junyoung Kim, Catherine Saunders, Junyi Che, Jake Baum, Molly M Stevens
PMID38271991
发布时间2024-02-09
DOI10.1021/acsinfecdis.3c00564

实验完整度

包含化学合成与表征、体外抗凝血和细胞毒性、多种疟原虫株入侵抑制、CSA和ICAM-1抗隔离实验(受体包被和内皮细胞)等独立证据层级。

主要模型

恶性疟原虫W2mef、3D7、D10、CS2、ItG菌株 RAW 264.7巨噬细胞样细胞系 HUVECs(TNF-α刺激) decorin或ICAM-1包被的48孔板

重点核对

AMBS修饰度(PGA-AMBS 53-92%,Heparin-AMBS 58-91%) 入侵抑制EC50(PGA-AMBS对W2mef 45±4 nM,Heparin-AMBS对W2mef 60±4 nM,PLN对3D7 0.31±0.01 nM) 抗隔离EC50(PLN对CS2 0.45±0.10 nM,对ItG 2.1±0.3 μg/mL) 抗凝血活性(相对肝素<0.5%)

摘要

重症疟疾是一种危及生命的疾病,与高死亡率相关。重症恶性疟原虫感染主要由高寄生虫血症和感染红细胞(iRBC)与血管内皮层结合(即隔离)介导。在这里,我们展示了在可溶性生物聚合物(聚谷氨酸和肝素)和暴露聚丙烯酸的纳米颗粒中引入5-氨基-2-甲氧基苯磺酸盐(AMBS)化学修饰,作为一种通用工具,为这些材料赋予有效的寄生虫入侵抑制功能。重要的是,这种修饰没有增加或消除(对于肝素)不希望的抗凝活性。这些材料保护红细胞免受多种寄生虫株的入侵,利用两种主要入侵途径。另外两种恶性疟原虫株,分别在iRBC上暴露硫酸软骨素A(CSA)或细胞间粘附分子1(ICAM-1)的配体,由于它们分别与胎盘疟疾和脑型疟疾相关,因此进行了抗隔离试验。在受体包被的培养皿上测试时,发现纳米颗粒对两种菌株的抗隔离活性比金标准可溶性生物聚合物(CSA和肝素)更有效。纳米颗粒还能有效抑制和逆转iRBC在内皮细胞上的隔离。首先,本文所述的材料通过在关键的再入侵增殖阶段发挥作用,有潜力减少寄生虫负担。其次,抗隔离能力可能有助于从血管内皮移除iRBC,否则可能导致血管阻塞,进而导致严重疟疾感染中的多器官衰竭。这种方法代表了为这种毁灭性疾病创建辅助治疗以减少发病率和死亡率的又一步。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
能否通过AMBS化学修饰增强生物聚合物和纳米颗粒的抗疟疾入侵抑制和抗隔离活性,以应对重症疟疾?
核心机制
AMBS修饰赋予材料硫酸盐/磺酸盐基团,模拟肝素样结构,通过电荷相互作用与疟原虫配体结合,抑制入侵和内皮细胞粘附。
主要证据
生长抑制实验显示PGA-AMBS和Heparin-AMBS的EC50低于肝素;抗隔离实验显示PLNs对CSA和ICAM-1结合菌株均有高效抑制和逆转活性,且在HUVECs上有效。
研究意义
为重症疟疾辅助治疗提供候选材料,有望减少寄生虫负荷和内皮隔离,降低死亡率。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

AMBS修饰材料的合成与表征

合成并确认AMBS修饰的生物聚合物(PGA、肝素)和纳米颗粒(PDLLA-AMBS-PLN)的结构与性质。

通过EDC偶联将AMBS连接到聚合物的羧基上,纯化后用UV-vis和1H NMR测定修饰度,DLS和ζ-电位表征粒径和电荷,FCS和SPARTA评估稳定性及单颗粒组成。

2

抗凝血活性和细胞相容性评估

评估AMBS修饰对材料抗凝血活性和细胞毒性的影响。

使用anti-Xa测试测定抗凝血活性,与未修饰肝素比较;RAW 264.7细胞用MTS法测试细胞存活率。

3

疟原虫入侵抑制实验

评估AMBS修饰材料对恶性疟原虫和诺氏疟原虫入侵红细胞的抑制作用。

将含有同步化滋养体/裂殖体的寄生虫培养物与不同浓度的抑制剂共培养过夜,通过流式细胞术计数新形成的环状体,计算EC50。

4

抗隔离实验(受体包被培养皿)

评估AMBS修饰材料抑制CSA结合(CS2菌株)和ICAM-1结合(ItG菌株)iRBC与受体包被表面的结合。

用decorin或ICAM-1包被48孔板,加入纯化的晚期iRBC和测试样品,孵育后洗涤、固定、吉姆萨染色,测量覆盖面积。

5

抗隔离实验(内皮细胞)

在炎症内皮细胞模型上验证PLNs对ItG iRBC结合的抑制和逆转效果。

HUVECs用TNF-α预处理16-18小时以模拟炎症,加入ItG iRBC和PLNs共孵育1小时,评估抑制;在结合后仅洗涤时加入PLNs评估逆转。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
聚(D,L-丙交酯)-b-聚丙烯酸Sigma-Aldrich802190
氨基甲磺酸Sigma-Aldrich127442
1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐Sigma-AldrichE7750
PD MidiTrap层析柱GE Healthcare--
Sepharose 6B层析柱Sigma-Aldrich6B100
Amicon超滤离心管(100 kDa)Sigma-Aldrich--
AG-50W-X8阳离子交换柱Bio-Rad1435451
1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱Avanti850457P
胆固醇Sigma-AldrichC8667
DSPE-Atto647AttoTechAD647N-161
Sepharose 2B-CLSigma-AldrichCL2B300
聚谷氨酸Sigma-AldrichP4761
肝素Sigma-AldrichH3393
硫酸软骨素ASigma-AldrichC9819
PD 10层析柱GE Healthcare--
Zetasizer Nano-ZSMalvern--
LSM 880Carl Zeiss--
SpectraMax M5Molecular Devices--
785 nm激光器(200 mW,Cheetah)Sacher Laser Technik--
63x/1.2 NA 水浸物镜Zeiss--
HoloSpec-F/1.8-NIR光谱仪Andor--
iDus 416ALDC-DD CCD相机Andor--
抗Xa肝素检测试剂盒Iduron--
DMEM培养基(高糖)Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Sigma-Aldrich--
MTSAbcamab223881
PMSSigma-AldrichP9625
RPMI-HEPES培养基Sigma-AldrichR5886
Albumax IIGibco--
山梨醇未明确说明--
SYBR GreenInvitrogenS7563
核心蛋白聚糖Sigma-AldrichD8428
重组ICAM-1蛋白Sino Biological10346-H08H
EGM-2 BulletKit培养基LonzaCC-3162
肿瘤坏死因子α未明确说明--
WGA膜染色剂未明确说明--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
材料合成
AMBS修饰度(PGA-AMBS 53%,Hep-AMBS 58%),聚合物分子量(PGA 20.5 kDa,肝素 18 kDa),反应时间(8小时)
阅读提示:Materials and Methods中的Biopolymer Modification和Scheme 1
纳米颗粒制备
PDLLA-b-PAA分子量(9kDa-9kDa),AMBS用量(1.5 equiv),EDC-HCl分次添加(0.5 equiv,8次),纯化方式(SEC)
阅读提示:Materials and Methods中的Nanoparticle Synthesis
生长抑制实验
菌株(W2mef、3D7、D10)、红细胞浓度(5% hematocrit)、初始寄生虫血症(1-2%)、孵育时间(18-24小时)、EC50计算软件(QtiPlot)
阅读提示:Materials and Methods中的Malaria Parasite Culture and Growth Inhibition Assays
抗隔离实验(受体包被)
包被蛋白(decorin或ICAM-1)浓度(2 μg/mL或10 μg/mL)、iRBC浓度(CS2: 6 Mio/mL,ItG: 8 Mio/mL)、孵育时间(1小时)、洗涤次数(至少5次)
阅读提示:Materials and Methods中的Malaria Antisequestration Trials on Receptor-Coated Dishes
抗隔离实验(内皮细胞)
HUVEC培养条件(EGM-2无肝素)、TNF-α浓度(1 ng/mL)和处理时间(16-18小时)、iRBC浓度(6-8 Mio/mL)、孵育时间(1小时)、逆转实验接触时间(约5分钟)
阅读提示:Materials and Methods中的Malaria Antisequestration Trials on HUVECs