《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：POLYHYDROXYBUTYRATE-PHOSPHOLIPID HYBRID NANOPARTICLES CONTAINING 5-FLUOROURACIL AS INNOVATIVE NANOMEDICINE
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纳米药物载体设计及5-FU递送系统研究。采用聚-3-羟基丁酸酯（PHB）与不同磷脂复合制备稳定纳米颗粒，发现阴离子磷脂（DMPG）最优，形成约190 nm窄分布纳米系统，具备pH、温度及冻干稳定性。FT-IR证实5-FU有效包封，载药浓度1 mg/mL时纳米颗粒形态均匀。释放动力学显示初始突释后持续释药168小时，对MCF-7细胞系具有显著抗增殖效果，三维球体模型中抑瘤活性优于游离药物。验证PHB/DMPG系统在亲水性药物靶向递送中的潜力。
瓦莱里亚·盖塔诺（Valeria Gaetano）|阿格内塞·加利亚尔迪（Agnese Gagliardi）|埃莱娜·朱利亚诺（Elena Giuliano）|尼古拉·安布罗西奥（Nicola Ambrosio）|玛丽亚·克里斯蒂娜·萨尔瓦蒂奇（Maria Cristina Salvatici）|多纳托·科斯科（Donato Cosco）
卡坦扎罗大学“马格纳格拉埃西亚”健康科学系，S. Venuta大学校区，意大利卡坦扎罗，邮编I-88100
摘要
聚羟基丁酸酯（PHB）是一种属于聚羟基烷酸酯家族的微生物聚酯，与不同的磷脂结合使用，用于设计稳定的纳米系统以递送5-氟尿嘧啶（5-FU）。在测试的稳定剂中，阴离子磷脂二肉豆蔻酰磷脂酰甘油（DMPG）被证明是最有效的，能够制备出粒径约为190纳米的纳米颗粒，这些颗粒具有狭窄的粒径分布、负的Zeta电位，并且在pH值变化、温度变化以及冻干后仍保持稳定性。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析证实了生物活性化合物成功封装在聚合物-脂质基质中。药物封装效果依赖于浓度，1 mg/mL的5-FU被认为是最佳浓度，因为这样制备的纳米系统具有均匀的形态。这些纳米制剂表现出初始的快速释放效应，随后活性化合物持续释放长达168小时。生物实验确认了空白纳米颗粒的安全性，而载药制剂则表现出细胞依赖性的细胞毒性：具体来说，载有5-FU的纳米颗粒在MCF-7乳腺癌细胞中表现出比游离药物更强的药理作用，而在Caco-2细胞中则需要长时间培养才能达到类似的效果。在三维MCF-7球体模型中观察到了最显著的结果，纳米制剂显示出比5-FU更强的生长抑制作用。总体而言，这些发现表明含有PHB/DMPG的纳米颗粒在生理相关模型中结合了适当的物理化学特性和细胞毒性特征，支持其作为靶向递送亲水性化疗药物的创新纳米药物的潜力。
引言
尽管药理学领域取得了显著进展，但许多药物仍然存在不稳定性、快速清除和剂量限制性的毒性问题。传统制剂难以在疗效和安全性之间取得平衡，这凸显了需要能够保护药物、延长其作用时间并在特定身体部位选择性释放药物的递送平台。聚合物纳米载体因其结构多样性和生物相容性而成为药物递送应用中的有前景的选择（Avramovi?等人，2020年；De等人，2022年；Fazal等人，2023年）。聚羟基烷酸酯（PHAs）是由细菌产生的天然聚酯基生物材料，作为细胞内的碳和能量储备，将可持续的生物制造与生物医学功能结合起来。尽管结构多样，所有PHAs都具有确保热塑性、坚固性、疏水性和灵活性的化学骨架（McAdam等人，2020年；Paloyan等人，2025年）。它们可降解为无毒的代谢物，适用于从组织工程支架到药物递送的胶体系统等多种应用（Bonartsev等人，2019年；Lizarraga-Valderrama等人，2015年）。
在各种PHAs中，聚羟基丁酸酯（PHB）因其出色的安全性和完全的可生物降解性（它是唯一具有这种特性的PHA）而成为纳米医学中最有前途的衍生物之一（Adnan等人，2023年）。PHB最早由Maurice Lemoigne于1926年描述，它结合了天然衍生生物聚合物的优势和合成塑料的性能。它通过微生物发酵获得，其机械和热性能可与聚丙烯和聚乙烯相媲美（Korde等人，2020年）。从生物学角度来看，PHB被细菌储存为细胞内的颗粒，由无定形聚合物核心和富含蛋白质及脂质的层组成，其中PHB是主要成分。这些颗粒与调节聚合物合成和降解的酶相关联（Griebel等人，1968年）。这种生物合成途径使PHB成为真正的“绿色”材料（Behera等人，2022年）。与其他用于制药和生物医学应用的聚合物（如聚（乳酸-共-羟基乙酸）酯、聚（乳酸）和聚（ε-己内酯）和聚（羟基乙酸）不同，PHB可降解为3-羟基丁酸，这是一种细胞容易处理的天然代谢物（Mierziak等人，2021年）。这避免了酸性副产物引起的局部酸化，并提高了组织的相容性（Rodriguez-Contreras，2019年）。其热塑性、结构多样性、易于功能化以及缓慢的体内降解特性使其成为控制性和靶向药物递送的理想选择（Prakash等人，2022年；Shershneva等人，2017年）。
PHB已被用于开发纳米颗粒、薄膜、纤维和微球；此外，体外研究证明它能够支持多种细胞系的细胞粘附、存活和增殖（Bonartsev等人，2019年）。由于其亲脂性，PHB通常被用作亲脂性药物的优良载体（Perveen等人，2020年）。例如，载有紫杉醇的PHB纳米颗粒对MCF-7乳腺癌细胞的细胞毒性比游离药物高2.6倍，这得益于其对酸性肿瘤微环境的pH敏感释放机制（Aslam等人，2023年）。有趣的是，PHB的潜力不仅限于亲脂性化合物；事实上，多项实验表明它可以成功封装亲水性药物（如盐酸多西环素和胰岛素），显著提高了生物利用度和药理效果（Rodríguez-Contreras等人，2013年；Bayrami等人，2024年）。此外，PEG化的PHB纳米颗粒已被用于共封装索拉非尼和多柔比星，制备出具有强抗肿瘤活性的新型制剂（Babos等人，2020年）。
近年来，聚合物/脂质杂化纳米系统作为药物递送平台受到了关注，因为它们能够结合两种材料的互补特性。这些系统结合了聚合物的结构稳定性和可控释放能力以及脂质成分提供的生物相容性、表面柔韧性和增强的生物相互作用，从而克服了单组分纳米载体的多种局限性。多项研究表明，聚合物-脂质杂化系统可以提高封装效率、胶体稳定性以及对肿瘤微环境刺激的响应性，使其在肿瘤学应用中特别有吸引力（Kawish等人，2024年；Jacob等人，2025年）。
在这一背景下，一个特别重要的研究领域是改进5-氟尿嘧啶（5-FU）的递送方法。5-FU是一种化疗药物，其临床应用受到快速降解、半衰期短和剂量限制性毒性的限制。为了改善这些问题，已经开发了多种基于聚合物、脂质或杂化纳米系统，旨在提高活性化合物的稳定性、调节其释放曲线并促进其在肿瘤中的积累（Mousavi等人，2024年；Pourmadadi等人，2025a；Pourmadadi等人，2025b；Masnavi等人，2024年；Gagliardi等人，2022年）。
基于这些发现，本研究的目的是通过探索不同的磷脂作为稳定剂来开发基于PHB的纳米颗粒，以获得杂化胶体系统。通过物理化学、形态学和光谱（FT-IR）分析以及对不同pH值和温度条件下的稳定性研究（包括冻干后），系统地评估了所得制剂。然后选择了最适合递送5-氟尿嘧啶（5-FU）的系统，并从包封效率和释放动力学方面进行了评估。最后，通过人类癌细胞系的细胞毒性研究评估了载药纳米颗粒的生物性能，并在三维（3D）MCF-7球体模型中进一步验证了其治疗效果，提供了一个更符合生理学的评估平台。
材料
PHB、5-FU、3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-3,5-二苯基四唑溴盐（用于MTT测试）、磷酸盐缓冲盐水（PBS）片剂、二甲基亚砜和两性霉素B溶液（250 μg/ml）均购自Merck（意大利米兰）。二肉豆蔻酰磷脂酰甘油（DMPG）、1,2-十四酰-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱（DMPC）、3-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-1-磷脂酰胆碱（POPC）和1-O-1’-(Z)-十六烯基-2-羟基-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱（LPC）购自Avanti
PHB纳米颗粒的物理化学表征
开发基于PHB的胶体系统需要适当的精制过程，以获得分布均匀的稳定纳米颗粒。本研究评估了各种磷脂及其浓度对纳米颗粒性质的影响（表2）。
基于初步证据，选择了0.8 mg/mL的PHB浓度，因为该浓度可以生成分散良好且无聚集或沉淀的体系（表S1）。
结论
本研究表明，PHB与阴离子磷脂DMPG的结合能够开发出具有优良物理化学性质的纳米系统，适用于药物递送。该制剂在pH值和温度变化以及冻干后仍保持高稳定性，支持其临床应用的潜力。
5-FU在PHB/DMPG纳米颗粒中的封装揭示了该系统的潜力和内在局限性。
CRediT作者贡献声明
埃莱娜·朱利亚诺（Elena Giuliano）：撰写、审稿与编辑、可视化、软件应用、方法学研究。阿格内塞·加利亚尔迪（Agnese Gagliardi）：撰写、审稿与编辑、可视化、监督、软件应用、数据分析。玛丽亚·克里斯蒂娜·萨尔瓦蒂奇（Maria Cristina Salvatici）：撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。尼古拉·安布罗西奥（Nicola Ambrosio）：撰写、审稿与编辑、方法学研究。瓦莱里亚·盖塔诺（Valeria Gaetano）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、软件应用、方法学研究、数据分析。多纳托·科斯科（Donato Cosco）：
未引用的参考文献
Artursson等人，2012年；Behzadi等人，2017年；Gagliardi等人，2021年。
利益冲突
不存在需要声明的利益冲突。
数据可用性
数据可应要求提供。
资金来源
本工作得到了意大利大学与研究部（PRIN2022_PNRR，项目编号P202242HYK_001）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文所述工作的个人关系。
