基于转铁蛋白修饰MOF纳米颗粒的口服特立帕肽递送系统用于骨质疏松治疗

　　本研究针对骨质疏松治疗中特立帕肽（TRP）需每日皮下注射导致患者依从性差的问题，开发了一种基于转铁蛋白（Tf）修饰的金属有机框架纳米颗粒（M@P@T NPs）口服递送系统。该系统通过Tf介导的肠道细胞靶向吸收，保护TRP免受胃肠环境降解，实现20.5%的口服生物利用度，并在骨质疏松模型小鼠中达到与皮下注射相当的骨形成促进效果，兼具长期生物安全性，为慢性病治疗提供了新策略。

　　

骨质疏松是一种以骨密度降低和骨折风险增加为特征的全身性骨骼疾病，全球约2亿人受其影响，每年发生约890万例相关骨折，给医疗系统带来沉重负担。特立帕肽（Teriparatide, TRP）作为美国FDA批准的唯一骨形成促进剂，能有效改善骨强度并降低骨折风险，但其临床应用受限于每日皮下注射的给药方式，患者依从性差且长期治疗不便。因此，开发一种高效口服递送TRP的系统成为迫切需求。然而，蛋白质药物口服面临胃酸、酶解、肠道黏液屏障和上皮细胞紧密连接等多重生理障碍，导致其生物利用度极低。

为解决这一难题，武汉大学的研究团队在《Materials Today Bio》上发表了一项创新研究，他们设计了一种基于转铁蛋白（Transferrin, Tf）修饰的金属有机框架（Metal-Organic Framework, MOF）纳米颗粒口服递送系统（M@P@T NPs），用于高效递送TRP治疗骨质疏松。该系统通过巧妙整合MOF-808的纳米孔道保护特性与Tf的靶向功能，实现了TRP在胃肠道中的稳定传递和肠道高效吸收，最终在动物模型中展现出与皮下注射相当的疗效。

研究主要采用了以下关键技术方法：

1. 1.

   通过溶剂热法合成MOF-808纳米颗粒，并优化TRP负载比例（1:6）和Tf修饰比例（10:5）；

2. 2.

   利用动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）、紫外光谱（UV）、荧光光谱和元素映射等技术表征纳米系统的理化性质；

3. 3.

   通过体外模拟胃酸（pH=2）和酶解环境评估药物保护效果和释放动力学；

4. 4.

   使用Caco-2细胞模型和骨质疏松小鼠模型（C57小鼠卵巢切除诱导）进行细胞摄取、药代动力学和药效学评价；

5. 5.

   采用Micro-CT、组织切片（H&E和Masson染色）、免疫组化和qRT-PCR分析骨形成效果和机制。

3.1. Preparation and characterization of MOF-based oral delivery nanosystems

研究通过溶剂热法合成了MOF-808纳米颗粒，其水合粒径为117.2±0.2 nm，zeta电位为+42 mV，适于穿透肠道黏液层（孔径约200 nm）。负载TRP后形成M@P，粒径略增至134.9 nm，电位降至+40 mV；进一步修饰Tf后得到M@P@T，呈现核壳结构，粒径为179.8 nm，电位+18 mV。UV和荧光光谱证实TRP和Tf成功负载，PXRD和FT-IR显示MOF结构在负载过程中保持完整。MOF-808对TRP的负载量高达56 wt%，远高于多数报道的纳米载体。体外稳定性实验表明，M@P@T在模拟胃酸（pH=2）中保持9天稳定，而Tf涂层延缓了磷酸盐诱导的降解。圆二色谱（CD）证明M@P@T能有效保护TRP的二级结构免受胃酸破坏。释放动力学显示，在磷酸盐缓冲液（PBS）中，M@P@T在12小时内释放超过80%的TRP，呈现持续释放特性。

3.2. In vitro biocompatibility analysis

MTT实验表明，即使在高浓度（500 μg mL^?1）下，MOF-808、M@P和M@P@T对MC3T3-E1和Caco-2细胞的存活率均超过80%，CCK-8实验进一步证实3天后细胞活力仍高于90%。溶血率低于5%，活死染色和细胞骨架染色显示无明显细胞毒性。流式细胞术凋亡分析表明，7天共孵育后细胞存活率高，凋亡可忽略，证明该系统具有良好的生物相容性。

3.3. Tf-mediated augmentation of intracellular and in vivo absorption

CLSM和流式细胞术显示，M@P@T在Caco-2细胞中的摄取量是M@P的2.2倍，且可通过预孵育游离Tf抑制摄取，证实其依赖TfR（转铁蛋白受体）介导的内吞作用。体内荧光成像表明，口服M@P@T后4小时即出现强荧光信号，12小时后仍在肠道和肝脏富集，且主要经肾脏代谢，无其他器官积累。药代动力学实验显示，M@P@T口服（200 μg kg^?1）后的AUC为240.1 pg h·mL^?1，相对生物利用度达20.5%，是M@P组（1.5%）的13.6倍，且能维持12小时稳定血药浓度，而皮下注射TRP（20 μg kg^?1）仅2小时即回落至基线。

3.4. In vitro osteogenic differentiation

ALP和ARS染色显示，M@P和M@P@T处理7天和14天后，MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶活性和钙沉积显著高于MOF组。qRT-PCR和免疫荧光证实，M@P@T上调了ALP、Runx2、COL1和OCN等成骨相关基因的表达，促进成骨分化。

3.5. Assessment of bone formation in vivo

Micro-CT分析显示，骨质疏松模型小鼠经M@P@T口服治疗1个月后，骨小梁体积（BV/TV）、数量（Tb.N）和骨密度（BMD）显著增加，骨小梁分离度（Tb.Sp）降低，效果与皮下注射TRP相当。三维重建图像直观展示了新骨形成。

3.6. Histological evaluation of osteogenesis

H&E和Masson染色显示，M@P@T组骨小梁体积和胶原纤维含量显著增加。免疫组化证实Runx2、OPN、OCN和COL1蛋白表达上调，与体外实验结果一致。

3.7. Long-term biosafety of M@P@T in vivo

H&E染色表明，主要器官（心、肝、脾、肺、肾、肠）无病理损伤，肠绒毛结构完整。高剂量（100-1000倍）长期给药后，血常规、肝肾功能指标均正常，组织学无异常，证明系统具有良好的长期安全性。

该研究成功开发了一种基于Tf修饰MOF纳米颗粒的口服TRP递送系统，通过保护TRP免受胃肠降解、增强肠道吸收和持续释放，实现了20.5%的高口服生物利用度，并在骨质疏松模型中达到与皮下注射相当的促骨形成效果。该系统兼具优异生物相容性和长期安全性，为骨质疏松及其他慢性病的口服蛋白质药物治疗提供了新思路，具有重要临床转化潜力。未来需在大型动物模型中进一步验证其长期疗效和安全性。