《Bioscience Nanotechnology》：Engineering probiotic delivery with nanocarriers: overcoming gastrointestinal barriers and unlocking therapeutic potential: a review
益生菌，即在给予足够剂量时能赋予健康益处的活微生物，主要通过调节肠道菌群和增强免疫系统发挥作用，但其在通过胃肠道时面临显著的生存能力挑战，包括胃酸、胆汁盐、消化酶以及储存不稳定性的冲击，通常导致其存活率仅为10%–30%。本综述探讨了基于纳米载体的递送系统，包括脂质体、纳米乳液、纳米凝胶和聚合物纳米粒子，作为克服这些屏障并解锁治疗潜力的变革性策略。体外和体内研究报告显示，包封的益生菌胃肠道存活率可达70%–95%，优于游离细胞。例如，在分析的试验中，高达53.3%的研究表明，短链脂肪酸 (SCFA) 产量增加了2–3倍，特别是人源菌株能够提升丙酸和丁酸水平，为结肠细胞提供能量并发挥抗炎作用。比较评估凸显了纳米载体平台的特定优势：脂质体具有高生物相容性和黏膜粘附性，在葡聚糖硫酸钠 (DSS) 诱导的结肠炎模型中，通过共同递送（如枯草芽孢杆菌孢子与地塞米松）可使症状减轻50%–80%。纳米凝胶提供活性氧 (ROS) 响应性释放。例如，基于透明质酸的系统包封益生菌，可清除活性氧，并在炎症性肠病 (IBD) 中抑制细胞因子高达70%–80%。聚合物纳米粒子实现了可调节的位点特异性靶向，并通过增强的短链脂肪酸介导的凋亡抑制肿瘤生长。尽管取得了这些进展，挑战依然存在，包括细胞毒性、潜在的菌群紊乱以及监管空白，这要求开发生物相容性、可规模化生产的创新产品，例如符合良好生产规范 (GMP) 的工艺和纵向安全性评估。最终，这些发现确立了纳米载体在精准微生物组医学中的关键链接作用，整合了生物技术、营养学和肿瘤学，为IBD、结肠炎、代谢紊乱和结直肠癌辅助治疗提供靶向、风险最小化的疗法，并促进了基于微生物组成、生物标志物或香农多样性指数的个性化干预。
**引言**
益生菌——在给予足够剂量时能赋予健康益处的活微生物——的作用超越了简单的肠道定植者，它们调节免疫、宿主代谢和肠-脑信号传导。临床和实验数据表明，它们通过部分依赖短链脂肪酸的产生和与肠道相关淋巴组织 (GALT) 的相互作用，增强上皮屏障功能，抑制病原体，并重塑黏膜免疫反应。口服益生菌的功效受到严重外源性和内源性压力的限制：胃酸、胆汁盐、消化酶、竞争性常驻微生物群以及加工或储存条件，这些都会降低活菌数量和黏膜定植。这些限制经常阻止足够数量的活的、代谢活跃的细胞到达目标肠道部位并产生治疗性代谢物。纳米载体技术（例如脂质体、纳米凝胶、纳米乳液、聚合物纳米粒子、功能化碳结构）提供工程化保护、黏膜粘附界面、刺激响应性释放，以及共同递送益生元或免疫调节剂的机会。通过提高生存率、驻留时间和位点特异性活性，纳米载体可以将益生菌从膳食补充剂转变为针对炎症、代谢和肿瘤性疾病的精准疗法。在概念上，益生菌纳米载体与传统的微囊化不同，它利用纳米工程实现更高的精度和多功能性。虽然微囊化（例如海藻酸盐颗粒或喷雾干燥胶囊）侧重于微米尺度上对抗胃酸和胆汁盐的整体保护，但纳米载体（1–100 nm）提供了增强的表面积与体积比，以改善黏膜粘附、细胞内化和刺激响应性释放。这种转变使纳米载体不仅能保持活力，还能调节免疫反应并实现靶向共递送，弥合了营养保健品与精准医学之间的鸿沟。
本综述批判性地审视了纳米载体的设计原则和比较性能，重点介绍了包括安全性和监管挑战在内的转化障碍，并概述了优先研究需求，以加速有意义的临床部署益生菌纳米疗法。虽然先前的研究推进了我们对益生菌递送和纳米载体应用的理解，但本综述通过综合不同平台和未充分探讨的转化维度而具有独特性。例如，He等人（2019年）证明了工程化益生菌（如大肠杆菌 Nissle 1917）作为活载体在缺氧肿瘤中靶向递送抗癌基因（p53和Tum-5）的潜力，在不涉及纳米载体的情况下实现了显著的生长抑制；然而，他们的实验重点是细菌工程，忽略了口服益生菌的生存挑战和更广泛的菌群调节。同样，最近关于无机纳米材料（如基于二氧化锰 (MnO?) 的纳米粒子用于肿瘤微环境 (TME) 调节）的研究，突出了在癌症中的催化协同作用，但排除了益生菌整合或胃肠道 (GI) 递送障碍。层状双氢氧化物已用于再生应用（如骨修复和免疫调节（M2极化））的综述，但它们缺乏对用于合生元疗法的活益生菌包封的强调。其他努力，包括用于多模态抗肿瘤治疗的介孔碳纳米粒子或用于2型糖尿病的草药菌群调节，进一步说明了孤立的进展，但未能将有机/无机纳米载体与益生菌特异性机制（如通过肠道相关淋巴组织的SCFAs介导的免疫串扰）联系起来。相比之下，本文稿独特地将脂质体、聚合物纳米粒子和新兴碳纳米管 (CNTs) 的机制见解与关键的安全障碍（例如，菌群失调风险、活体疗法的监管一致性）相结合，优先考虑用于IBD、结肠炎和结直肠癌辅助治疗精准应用的多功能设计。通过解决这些空白——特别是可规模化的良好生产规范 (GMP) 过程、纵向菌群弹性以及具有成本效益的合生元——本综述为将纳米载体-益生菌平台从实验室转化为临床生成了新颖的可操作优先事项，促进了生物技术、营养学和肿瘤学之间的协同作用。
精准微生物组医学在操作上被定义为通过先进递送系统（如纳米载体）对肠道菌群进行定制调节，以实现基于患者特定谱系的个体化治疗结果，包括遗传标记、微生物组成和环境因素。这种方法通过强调在靶向疾病特异性途径（如IBD中的免疫调节或结直肠癌中的抗肿瘤作用）方面的精准性，区别于一般的益生菌补充剂。临床标准包括使用生物标志物，如SCFA水平、微生物多样性指数（例如香农指数）和炎症标志物（例如白细胞介素-10 (IL-10)、肿瘤坏死因子α (TNF-α)），用于患者分层、剂量优化和纵向疗效评估。
**转化障碍、监管考量与制造挑战**
尽管众多纳米赋能的益生菌系统在临床前水平显示出有希望的结果，但向临床应用的转化仍然有限。关键障碍包括缺乏能够准确模拟人类胃肠道环境和菌群的标准化体外和体内模型，以及对纳米载体如何长期影响益生菌活力、定植动态和宿主-微生物相互作用的理解不完整。此外，不同研究中使用的剂量、暴露方案和终点的差异使得难以比较结果并得出临床相关制剂的明确设计指南。从监管角度来看，纳米制剂的益生菌处于食品、膳食补充剂和药品框架的交叉点，这使分类和审批途径变得复杂。根据司法管辖区和预期用途（例如，食品、医用食品、药物、活体生物治疗产品），相同的益生菌-纳米载体组合可能受到不同程度的审查。当局越来越期望对纳米材料进行详细表征（尺寸分布、表面化学、杂质），提供有关生物分布和清除的稳健数据，并具体评估纳米特异性毒性，包括对菌群的潜在影响和耐药基因的水平基因转移。目前，几乎没有专门针对益生菌-纳米载体产品的监管指导，这给开发者带来了不确定性，可能减缓转化进程。
制造问题是另一个主要瓶颈。许多纳米赋能的益生菌配方是在实验室条件下使用难以以符合成本效益和GMP的方式进行规模化生产的技术生产的。在大批量生产中实现一致的颗粒尺寸、负载效率、表面功能化和益生菌活力在技术上要求很高，特别是对于对剪切、温度和脱水敏感的活微生物。此外，必须确保储存和分发（例如冷链要求、湿度控制）期间的长期稳定性，而不损害益生菌功能。解决这些制造和质量控制挑战对于在工业规模上提供可重复、安全且价格合理的产品至关重要。
**益生菌的未来展望**
未来的调查应侧重于阐明益生菌在药物递送系统中的机制作用，特别是区分其生物活性与递送载体本身。虽然基于益生菌的平台在调节免疫反应和增强治疗效果方面显示出前景，但这些效果在多大程度上源于直接的益生菌-宿主相互作用与载体介导的递送机制，仍了解不足。解决这一差距对于合理设计益生菌辅助药物递送策略至关重要。
益生菌不仅具有作为生物活性剂的显著潜力，还可以作为活的或半活的药物递送载体。工程化或包封的益生菌可能实现治疗剂向特定解剖部位（如胃肠道或肿瘤微环境）的靶向运输。未来的研究应探索益生菌作为治疗调节剂和递送平台的双重功能，同时仔细评估其稳定性、可控性和有效载荷释放动力学。纳米技术与基于益生菌的药物递送系统的整合代表了提高治疗精准度的一个有前景的前沿领域。纳米封装和混合益生菌-纳米载体平台可以增强益生菌活力，保护药物有效载荷免受过早降解，并促进位点特异性递送。然而，未来的研究必须系统地评估纳米载体对免疫学和药代动力学的贡献，以避免将治疗结果完全归因于益生菌活性。刺激响应性和微环境敏感递送系统的进步可能进一步扩大益生菌在药物递送中的应用。能够响应pH值、酶活性或炎症信号的益生菌辅助载体可能在病变组织内实现可控药物释放。这种方法在癌症治疗和炎症性疾病中可能特别相关，因为局部递送可以提高疗效同时最小化脱靶效应。
尽管人们对基于益生菌的药物递送兴趣日益增长，但在安全性、可扩展性和监管批准方面仍存在若干挑战。未来展望应强调需要标准化的制造方案、长期生物安全评估和可重复的制造过程。转化的成功将取决于稳健的临床前验证和专门评估递送效率、生物分布和治疗结果的良好设计的临床试验。
**益生菌与人类健康**
益生菌主要通过三种机制维持胃肠道 (GI) 稳态：通过黏膜粘附和抗菌产生对病原体的竞争性排斥；通过上调紧密连接蛋白和粘液分泌增强上皮屏障完整性；以及产生活性代谢物——特别是短链脂肪酸 (SCFAs) 如丁酸——为结肠细胞提供能量并降低腔内pH值以限制病原体生长。这些协调作用转化为对相关疾病（如抗生素相关性腹泻和功能性肠综合征）的临床相关益处，前提是足够数量的活细胞能到达远端肠道。除了局部作用，益生菌通过肠道相关淋巴组织 (GALT) 与黏膜免疫系统相互作用：特定菌株与Peyer斑中的树突状细胞和巨噬细胞相互作用，促进调节性T细胞分化和抗炎细胞因子产生（例如IL-10和转化生长因子β (TGF-β)），同时增强分泌型免疫球蛋白A (IgA) 和防御素的表达以加强黏膜防御。
**纳米载体增强益生菌功效的机制**
纳米载体系统通过提供针对胃肠道屏障（包括胃酸、胆汁盐和酶）的仿生保护来增强益生菌的活力和功能，与游离细胞的10%–30%相比，可实现约70%–95%的存活率。它们通过高表面积与体积比和功能化（例如壳聚糖或透明质酸）改善黏膜粘附，促进与肠道上皮和GALT的相互作用。这促进了SCFA（如丁酸和丙酸）的产生，这些SCFA为结肠细胞提供能量，降低腔内pH值并调节免疫反应。如表1所示，脂质体、纳米乳液、纳米凝胶和聚合物纳米粒子等平台通过pH响应性释放、氧气屏障和屏障强化实现这些功能。在IBD或结肠炎等炎症组织中，ROS触发的释放（例如，透明质酸纳米凝胶与鼠李糖乳杆菌）可清除氧化应激，抑制TLR/NF-κB通路，并降低促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β），同时升高IL-10。在肿瘤微环境中，叶酸功能化的聚（乳酸-乙醇酸）(PLGA) 纳米粒子递送双歧杆菌属，将肿瘤相关巨噬细胞 (TAMs) 复极为M2表型，激活CD8+ T细胞，并通过组蛋白去乙酰化酶抑制诱导凋亡。这些作用取决于环境：肠道侧重于稳态，炎症侧重于细胞因子平衡，肿瘤侧重于适应性免疫。体外和体内研究表明结果被放大，例如在DSS模型中疾病活动指数降低高达50%–80%，SCFA水平升高（例如，53.3%的研究显示增加）。协同作用来自益生元或免疫调节剂的共同递送，增强了抗炎反应。混合系统（例如碳纳米管或金属纳米粒子）提供额外的氧化还原活性，但需要仔细评估细胞毒性。
**纳米载体对特定适应症的适用性**
用于益生菌递送的纳米载体选择应由目标适应症、所需的保护机制以及生物相容性、响应性和转化就绪性方面的权衡来指导（如表1和表2综合所示）。脂质体最适合IBD和结肠炎辅助治疗以及结直肠癌支持，因其具有高生物相容性、对抗胃酸/胆汁的仿生双层保护、pH响应性释放以及出色的亲水/疏水共同递送能力。其增强的黏膜滞留性和临床转化潜力使其成为需要安全、广泛免疫调节且细胞毒性风险最小的应用的理想选择。纳米凝胶在炎症响应性场景中表现出色，特别是IBD和结肠炎，因其水凝胶网络能够实现卓越的负载/稳定性、高黏膜渗透性以及刺激响应性释放（pH/酶/ROS触发）。例如，含有鼠李糖乳杆菌的透明质酸纳米凝胶用于清除炎症组织中的ROS，提供靶向抗炎作用并具有协同合生元共同递送，尽管爆发释放需要交联优化。聚合物纳米粒子（例如壳聚糖-海藻酸盐、PLGA）是抗肿瘤应用和辅助结直肠癌治疗的首选，其利用可调降解性、高包封效率、酶/pH响应性位点特异性释放以及共同递送潜力（例如，叶酸功能化的PLGA与双歧杆菌属用于肿瘤微环境调节、TAM复极化和增强的SCFA介导的凋亡）。它们的多功能性适用于需要精确靶向的复杂适应症，尽管存在湿度敏感性和潜在的细胞毒性问题。纳米乳液适用于一般的胃肠道稳态和代谢性疾病，提供食品级可扩展性、动力学稳定性以及在转运过程中改善的活力（>70%），但其较快的释放曲线限制了在严重炎症或肿瘤学中的精确性。固体脂质纳米粒子 (SLNs) /纳米结构脂质载体 (NLCs) 在货架期延长和黏膜粘附方面具有优势，适用于功能性食品或轻度病症。碳纳米管 (CNTs) 和金属杂化物是新兴的实验性平台，用于增强粘附/靶向或抗菌协同作用，但受到持久性、氧化应激、菌群失调、细胞毒性和监管问题的限制——仅适用于临床前探索而非近期临床使用。
**先进递送系统的必要性**
益生菌必须以活的、代谢活跃的状态到达结肠才能发挥屏障修复、免疫调节和代谢功能，但口服递送反复受到恶劣的胃酸、胆汁盐、蛋白水解酶、渗透压应激、竞争性常驻微生物群以及加工/储存损伤的影响，这些会使大多数未受保护的细胞失活。即使存活的细胞也可能代谢受损，无法产生关键效应物，如短链脂肪酸。因此，常规制剂（酸奶、简单胶囊）通常无法保证治疗性定植或功能输出，这产生了对工程化载体的需求，这些载体需保持活力和代谢能力同时提供靶向释放。纳米载体通过提供可编程保护和多功能设计来满足这些需求：pH响应性基质（例如海藻酸盐-壳聚糖复合物）可抵抗胃溶解但在远端肠道释放；疏水性或黏膜粘附涂层可减少胆汁诱导的侵蚀并改善上皮滞留；酶降解聚合物（例如果胶或多糖）用于微生物触发结肠释放；以及表面功能化（凝集素、肽）。pH响应性聚合物，如海藻酸盐-壳聚糖复合物或Eudragit包衣，可保护免受胃酸侵蚀，同时在肠道中实现可控释放。黏膜粘附修饰（例如壳聚糖或凝集素缀合）延长驻留时间并改善上皮粘附。多层包封提供了对抗酶和胆汁盐的顺序屏障，而酶可降解连接子确保由微生物活动触发的结肠特异性释放。在冷冻干燥过程中加入冷冻保护剂（例如海藻糖、脱脂奶粉）可保持干燥后的活力，而除氧添加剂或惰性气体冲洗可最大限度地减少对氧气敏感菌株（如双歧杆菌）的氧化损伤。表面电荷优化（例如正Zeta电位）促进细胞摄取，而将脂质与聚合物结合的混合系统提供协同保护。这些策略通常针对菌株特异性脆弱性量身定制，在临床前模型中显著提高了存活率（高达10-100倍）和治疗性代谢物的产生。
**纳米载体包封的脂质体：结构、性质及其在益生菌包封和药物递送中的作用**
在前面讨论的各类纳米载体平台中，脂质体是最具仿生性和临床转化性的系统之一。其磷脂双分子层结构与细胞膜非常相似，使其与益生菌细胞具有出色的相容性，并能更好地抵御胃肠道应激。在本节中，我们将研究脂质体的结构特征、制备方法、益生菌包封策略以及脂质体系统在增强活力、靶向递送和免疫调节作用方面的新兴证据。虽然脂质体已临床转化为各种药物递送应用，例如抗癌药物和疫苗，但截至当前的文献综述，尚未报道针对脂质体包封益生菌的具体临床试验。现有证据主要来自临床前研究，包括模拟胃肠道转运的体外研究和显示增强益生菌存活率和免疫调节作用的体内动物模型。例如，研究表明，鼠李糖乳杆菌的脂质体包封在模拟胃部条件下使活力提高了80%以上，并在啮齿动物结肠炎模型中增强了抗炎作用，突出了有希望的潜力，但也强调了需要人体试验来确认安全性和有效性。
脂质体是仿生磷脂囊泡——从小单层囊泡到大单层囊泡和多层囊泡——其水核和脂质双层能够同时封装亲水和疏水货物；制备方法（薄膜水化、反相蒸发、乙醇注入、微流体技术）调节尺寸、电荷和膜组成。表面修饰如PEG化和配体缀合，以及多糖包衣（壳聚糖、海藻酸盐）提供延长的循环时间、靶向结合和增强的黏膜粘附。对于益生菌递送，脂质体保护菌株免受胃酸、胆汁盐和消化酶的侵害，改善储存稳定性和货架期，增加黏膜滞留，并使用pH或酶响应性配方实现位点特异性释放；多层或多糖包衣设计进一步减少泄漏并保留代谢功能（例如SCFAs产生）。经验性工作报告称，包封菌株在模拟胃肠道转运和储存条件下具有显著更高的存活率和保持的功能性，脂质体平台支持合生元共同递送（益生元）或掺入免疫调节剂以增强治疗效果。主要挑战包括磷脂氧化、有效载荷泄漏、囊泡融合、可重现的包封效率和商业化规模放大。缓解方法包括使用冷冻保护剂进行冷冻干燥、前体脂质体技术、微流体/高压制造以及严格定义关键质量属性 (CQA)（菌落形成单位 (CFU) 稳定性、包封效率、释放曲线），并辅以标准化功能分析（模拟胃/肠道转运、黏膜粘附、SCFA输出），以支持监管就绪的转化。为了进一步解决脂质体反复出现的氧化不稳定性问题，具体的缓解策略可以增强益生菌递送的实际相关性。将抗氧化脂质（如α-生育酚或丁基羟基甲苯）掺入磷脂双层中可以清除自由基并防止储存和胃肠道转运过程中的脂质过氧化。此外，在制造过程中对容器顶空进行氮气冲洗或使用惰性气体可减少氧气暴露，而PEG化和使用冷冻保护剂冷冻干燥可通过最小化氧化降解提供长期稳定性。改变脂质组成以包含更多饱和脂肪酸或胆固醇也可以提高膜对氧化的抵抗力。这些方法得到了临床前研究的支持，应整合到配方设计中，以优化临床转化的脂质体益生菌系统。
脂质体通过与免疫调节剂共同递送来影响益生菌-免疫相互作用，增强肠道GALT树突状细胞的摄取。在炎症组织中，PEG化的脂质体减少泄漏并促进巨噬细胞靶向释放，在结肠炎模型中调节IL-10/TGF-β。在肿瘤中，它们促进基于增强的渗透和滞留 (EPR) 效应的积聚，通过益生菌代谢物激活自然杀伤 (NK) 细胞。
**纳米乳液：结构、性质及其在益生菌包封和药物递送中的作用**
纳米乳液提供了一种与囊泡系统截然不同的方法，具有动力学稳定性、高表面积和易于大规模生产，以及食品级相容性，使其对口服和合生元应用特别有吸引力。在这里，我们讨论它们的物理化学性质、保护机制以及在益生菌递送中的比较性能。
纳米乳液是亚微米乳化系统——通常由油、水和表面活性剂组成——液滴直径约为20–200 nm，其小尺寸赋予高界面面积、光学透明性，并且在由外部能量方法（如高压均质或超声）制备时具有动力学稳定性。结构上，它们可以是油包水 (O/W)、水包油 (W/O) 或多重W/O/W结构，油、表面活性剂/助表面活性剂系统和制备方法的选择对液滴尺寸分布、Zeta电位和流变学至关重要。与热力学稳定的微乳液不同，纳米乳液是动力学稳定的分散体，其油相作为亲脂性活性物的储库，而水相使其能够在生物流体中分散；界面稳定剂降低张力并防止聚结，蛋白质或多糖稳定剂可以增加氧气屏障和机械稳健性。在药物递送中，纳米乳液提高溶解度、口服生物利用度和跨GI、皮肤和黏膜屏障的膜渗透性，并且可以功能化配体或刺激响应组分以实现靶向或触发释放。
对于益生菌应用，将益生菌包封在纳米乳液中提供了保护性微环境，使其免受胃酸、胆汁盐、消化酶和氧气的侵害，提高了模拟胃肠道转运和储存过程中的活力，并在作用位点实现可控释放。代表性研究报告了显著的活力提升（例如，W/O/W纳米乳液中的干酪乳杆菌活力>70%，而游离细胞<10%）以及双歧杆菌配方冷藏稳定性的增强；蛋白质稳定的纳米乳液还具有优异的氧气屏障性能和可预测的释放动力学。纳米乳液的多功能性——携带亲水和亲脂性货物的能力、可调节的释放曲线、食品级成分以及与可食用薄膜或口服补充剂的兼容性——使其成为下一代合生元和个性化营养产品的有吸引力的选择。转化方面的剩余挑战包括选择食品级、生物相容性赋形剂、可规模化的GMP兼容制造、长期物理和氧化稳定性，以及标准化功能分析（模拟胃肠道转运、活力、释放曲线）以支持监管接受并融入复杂的食品基质。纳米乳液稳定益生菌用于肠道递送，通过增强的氧气屏障影响免疫细胞。在炎症结肠中，蛋白质稳定的W/O/W纳米乳液（例如含有双歧杆菌）在体外可使巨噬细胞中的TNF-α降低>70%，而在肿瘤环境中，它们支持SCFA介导的组蛋白去乙酰化酶抑制以激活T细胞。
**脂肪酸和自组装纳米粒子：结构、性质及其在药物递送中的作用**
基于脂质的自组装系统，包括固体脂质纳米粒子 (SLNs) 和纳米结构脂质载体 (NLCs)，结合了脂质的生物相容性和固体基质的结构稳健性，弥合了脂质体和聚合物粒子之间的差距。本节重点介绍它们在氧气屏障保护、可控释放和益生菌货架期延长方面的作用。
脂肪酸是两亲性生物分子，它们自组装成胶束、囊泡和脂质纳米粒子，实现多功能纳米载体——包括SLNs、NLCs和纳米乳液——结合脂质核心和稳定表面活性剂，以可控释放和增强的膜相容性封装亲水和疏水货物。饱和脂肪酸（例如硬脂酸、棕榈酸）赋予结构刚性，而不饱和脂肪酸（例如油酸、亚油酸、α-亚麻酸）增加膜流动性和渗透性，从而产生可调节的物理化学和生物特性。这些基于脂质的系统保护活性物免受降解，改善溶解度和皮肤或黏膜渗透，形成封闭膜以减少经皮水分流失 (TEWL) 并增强水合作用，并且当使用蛋白质或多糖稳定剂时，提供改进的氧气屏障和机械稳定性。
在药物递送和药妆品中，脂肪酸纳米粒子提高了类视黄醇的光稳定性和耐受性，为特应性模型递送了抗炎脂质，并改善了消费者配方的感官特性。在益生菌应用中，脂质基质通过模拟胃肠道转运提高存活率，延长冷藏货架期，增强黏膜粘附性并实现下结肠释放；报道的例子包括硬脂酸SLNs中的嗜酸乳杆菌、葵花籽油纳米乳液中的双歧杆菌属以及由NLCs递送的植物乳杆菌，显示出结肠释放和保持CFU。多功能杂化物（例如壳聚糖包衣的脂质粒子携带益生菌加绿茶多酚）说明了益生元、抗氧化剂和微生物的共同递送，以实现稳定性和生物活性的协同作用。关键的转化挑战仍然存在——物理不稳定性（聚集、相分离）、脂质氧化、有效载荷泄漏、食品级/生物相容性赋形剂的选择、可规模化的GMP兼容制造，以及对纳米材料的监管审查。然而，天然乳化剂、冷冻保护剂、冷冻干燥和植物来源脂肪酸来源等进步缓解了许多限制，并符合清洁标签消费者趋势；为支持临床或商业化转化，配方应报告标准化的CQA和功能分析（模拟胃肠道转运、活力、黏膜粘附、SCFA输出）。
**碳纳米管：结构、性质及其在益生菌包封和药物递送中的作用**
尽管碳纳米管 (CNTs) 在益生菌递送中代表了一个更具新兴性和争议性的平台，但其独特的结构特征至少值得简要考虑。碳纳米管主要以单壁和多壁结构存在，提供异常高的长径比和大的比表面积，同时具有中空内腔，原则上可用于装载生物分子甚至微生物细胞。通过表面功能化（例如羧化、PEG化或与靶向配体缀合），CNTs可以在水性介质中更易分散，并定制以与特定组织或生物界面相互作用。
在益生菌递送的背景下，这些特征理论上可提供若干优势，包括高负载益生菌细胞或其生物活性代谢物的能力、抵御恶劣环境条件的保护，以及在胃肠道不同区域靶向释放的可能性。一些概念验证研究已经探索了CNTs作为微生物或微生物产品的实验载体或共同递送支架，表明功能化的CNTs可能促进粘附到黏膜表面并在病变部位改善滞留。然而，直接研究CNT-益生菌配方的研究数量仍然非常有限，并且据我们所知，目前没有临床试验评估基于CNT的益生菌递送系统。同时，安全性是CNTs在任何生物医学应用中的主要担忧，当涉及活微生物时，这种担忧尤其相关。原始CNTs具有高度疏水性并易于聚集，这可能导致不可预测的生物分布、长期持久性和在器官中蓄积。许多体外和体内研究（主要在益生菌领域之外）报告了与某些CNT制备相关的氧化应激、炎症反应和潜在的基因毒性。此外，对常驻微生物群的潜在扰动和未解决的监管问题进一步复杂化了它们的转化路径。目前，基于CNT的系统应被视为推测性的、长期的研究工具，而不是一线益生菌纳米载体的现实候选者，特别是与更成熟和生物相容性更好的平台（如聚合物、脂质和水凝胶系统）相比。
**可生物降解聚合物：结构、性质及其在药物递送中的作用**
聚合物系统，特别是天然多糖（壳聚糖、海藻酸盐）和合成可生物降解聚合物（聚乳酸-羟基乙酸共聚物，PLGA），由于其既定的安全性和多功能性，目前在临床和商业化转化中占据主导地位。本节详细比较壳聚糖、海藻酸盐和基于PLGA的平台在益生菌包封中的应用。
可生物降解聚合物如壳聚糖、PLGA和海藻酸盐构成当代微囊化和控释平台的支柱，因为它们降解为无毒副产物、具有生物相容性，并允许可调节的配方特性。它们的保护机制结合了屏障功能、pH响应性和黏膜粘附性：壳聚糖在酸性介质中溶解并具有生物粘附性，保护货物在胃中并促进肠道释放；海藻酸盐凝胶抵抗胃酸但通常需要加固以避免过早泄漏；而PLGA水解可在数天至数周内实现持续释放。包封技术包括用于多糖包衣颗粒的可规模化喷雾干燥、用于PLGA微球的乳液-溶剂蒸发、用于海藻酸盐珠的离子凝胶化（钙交联）以及用于精确控制包衣厚度和渗透性的层层自组装。在益生菌递送中，这些系统通过模拟胃肠道转运和冷藏储存提高存活率，实现结肠靶向释放，并可以将保护性涂层与益生元功能结合以产生合生元配方；报道的例子显示包封的乳酸杆菌和双歧杆菌菌株比游离细胞具有显著更高的活力。虽然这些发现展示了在增强益生菌活力和靶向递送方面的临床前前景，但大多数引用的研究仍处于此阶段，缺乏强大的人类数据。临床证据目前有限，没有大规模随机对照试验证实其在患者中的有效性或安全性。在药物递送中，相同的聚合物实现位点特异性、刺激响应性释放（pH、温度、酶）用于抗生素、蛋白质、疫苗和抗癌药物，提高稳定性、生物利用度和治疗指数。剩余的转化挑战包括多糖的湿度敏感性、制造复杂性和监管不确定性；优先行动是选择食品级或药品级赋形剂、可规模化的GMP兼容过程、稳健定义的CQA（稳定性、包封效率、释放曲线）和标准化的功能分析（模拟胃肠道转运、黏膜粘附、代谢物输出），以支持安全性、有效性和商业采用。壳聚糖是一种阳离子多糖，提取自甲壳动物外骨骼中的几丁质。其黏膜粘附、抗菌和pH敏感的特性使其成为益生菌包封和药物递送的理想选择。在益生菌应用中，壳聚糖在细菌细胞周围形成保护层，增强其对胃酸和胆汁盐的抵抗力。C?linoiu等人（2019）的研究表明，壳聚糖包衣的微胶囊在模拟GI条件下显著提高了乳酸杆菌和双歧杆菌菌株的存活率。在药物递送中，壳聚糖纳米粒子已用于包封亲水性药物、蛋白质和核酸。其打开上皮细胞紧密连接的能力促进了增强的药物吸收。Noreen等人（2022）强调了壳聚糖在透皮药物递送系统中的作用，指出了其生物粘附性质和在低pH下形成凝胶的能力。海藻酸盐是一种阴离子多糖，从褐藻中提取。它在二价阳离子如钙存在下形成水凝胶，使其适合包封益生菌和药物。在益生菌包衣中，海藻酸盐珠提供了一个温和的基质，在加工和胃肠道转运过程中保护细菌细胞。然而，由于其多孔性质，海藻酸盐通常与壳聚糖结合以提高机械稳定性和降低渗透性。Kareem等人（2025）证明，海藻酸盐-壳聚糖复合珠增强了植物乳杆菌在模拟GI条件下的活力，包封效率超过90%。对于药物递送，海藻酸盐的生物相容性和凝胶形成能力允许治疗剂的持续释放。它在口服和肺部递送系统中特别有效。PLGA是乳酸和乙醇酸的共聚物，已获FDA批准用于各种生物医学应用。
