脑靶向麻醉双药纳米体系的制备及性质研究

[摘要]目的构建一种丙泊酚-羟丁酸钠脑靶向麻醉双药纳米体系（lactoferrin-modifiedbrain-targetedpropofol-sodiumhydroxybutyratedual-anestheticsstarchnanocomposite，Lf-SNPs），评估其脑靶向、麻醉增效的性能。方法本研究选择天然淀粉作为纳米材料，乳铁蛋白作为脑靶向蛋白，采用反相乳液法制备脑靶向纳米体系，分别通过疏水作用力、静电作用力实现麻醉药丙泊酚、羟丁酸钠的联合负载及脑内靶向递送，测定其粒径、电位、体内分布；将20只C57BL/6小鼠随机分为对照组（同浓度混合药物）和Lf-SNPs组，每组各10只，通过尾静脉给药记录小鼠的镇静催眠持续时间，评估其麻醉药效性能。结果Lf-SNPs粒径（330.6±22.6）nm，平均电位（–23.4±0.5）mV，静脉给药30s即可见脑内分布，3min时达峰值，可持续分布达30min，单次注药镇静催眠持续时间（38.7±5.9）min，较对照组明显延长（P<0.05），可增强麻醉效果。结论Lf-SNPs具有丙泊酚、羟丁酸钠联合负载能力，可实现脑内靶向递送，增强麻醉药效。

[关键词]丙泊酚；羟丁酸钠；脑靶向；纳米体系；淀粉

[中图分类号]R914.2[文献标识码]A[DOI]10.3969/j.issn.1673-9701.2024.21.025

Studiesonpreparationandproperties ;ofbrain-targeteddual-anestheticsnanocomposites

GAOYuan1，2，MAJiahai1

1.DepartmentofAnesthesiology，YantaiYuhuangdingHospital，Yantai264000，Shandong，China;2.DepartmentofAnesthesiology，theFirstAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity，Xi’an710061，Shaanxi，China

[Abstract]ObjectiveToconstructalactoferrin-modifiedbrain-targetedpropofol-sodiumhydroxybutyratedual-anestheticsstarchnanocomposite（Lf-SNPs）andevaluateitsbraintargetingandoptimizedanestheticproperty.MethodsInthisstudy，naturalstarchwasselectedasthenanomaterial，lactoferrinasthebraintargetingprotein，andLf-SNPswaspreparedbyinvertedphaseemulsionmethod.Thedual-loadingandbrain-targeteddeliveryofpropofolandsodiumhydroxybutyratewereachievedbyhydrophobicandelectrostaticforces，respectively.Lf-SNPs’particlesize，potential，distributioninvivoweremeasured.&nbsp;TwentyC57BL/6micewererandomlydividedintotwogroups：Controlgroup（sameconcentrationofmixedanesthetics）andLf-SNPsgroup，with10miceineachgroup.Thedurationofanestheticefficacywasrecordedaftercaudalveinadministration.ResultsTheLf-SNPshadaparticlesizeof（330.6±22.6）nmandaveragepotentialof（–23.4±0.5）mV，respectively.ThedistributionofLf-SNPsinthebrainwasvisible30safterintravenousadministration，thereachingpeakat3min，andsustainabledistributingfor30min.Thedurationofanestheticefficacyofsinglebolusinfusionwas（38.7±5.9）min，whichwassignificantlylongerthanthatofthesameconcentrationofcontrolgroup（P<0.05）.ConclusionLf-SNPshasthedual-loadingcapacityofpropofolandsodiumhydroxybutyrate，whichcanrealizethetargeteddeliveryinbrainandenhancetheanestheticeffect.

[Keywords]Propofol;Sodiumhydroxybutyrate;Brain-targeted;Nanocomposites;Starch

麻醉药物广泛用于麻醉及重症监护，然而目前临床常用的麻醉药药效不尽如人意，且其制剂多伴随各种副作用，难以满足日益增长的临床应用需求，因此探索研发新型麻醉药物制剂具有重要意义。丙泊酚虽然起效、恢复迅速，易于靶控输注，但因其脂溶性强，应用时常需配制成脂肪乳剂，这可能诱发高脂血症、变态反应等副作用，且易引起呼吸、循环抑制，具有一定的临床用药风险[1]。羟丁酸钠作为唯一的天然麻醉药，可模仿γ-氨基丁酸产生类似生理性睡眠，具有对呼吸、循环抑制小等优点，然而因其水溶性好，血-脑脊液屏障（bloodbrainbarrier，BBB）通透性差，存在用量大、起效慢、恢复时间长等不足，目前主要用于治疗睡眠障碍[2]。丙泊酚和羟丁酸钠可分别刺激中枢神经系统γ-氨基丁酸受体的不同亚基，抑制冲动传递，但两者难以同时入脑而发挥药效，若能实现脑内联合递送，就可联合两种药物的优势，发挥起效迅速、增强药效、减少药物用量和副作用、产生类似生理性睡眠的镇静催眠效果，使患者在术中保持安全、平稳的麻醉状态。脑靶向纳米载药体系为改良麻醉药物脑内递送提供新的策略，因此本研究选择生物相容性高的天然淀粉作为纳米材料，乳铁蛋白（lactoferrin，Lf）作为脑靶向蛋白，拟构建一种丙泊酚-羟丁酸钠脑靶向麻醉双药纳米体系（lactoferrin-modifiedbrain-targetedpropofol-sodiumhydroxybutyratedual-anestheticsstarchnanocomposite，Lf-SNPs），实现麻醉药丙泊酚、羟丁酸钠的联合负载及脑内递送，并对其脑靶向、麻醉增效的性能进行评估。

1材料与方法

1.1实验动物及试剂

动物SPF级健康雄性C57BL/6小鼠，体质量（20±2）g；健康雄性裸鼠，体质量（18±2）g，均购自西安交通大学，实验动物生产许可证号为：SYXK（陕）2020-005。羟丁酸钠注射液（批准文号：国药准字H20054750，生产单位：西安汉丰药业有限责任公司，规格：10ml：2.5g）；Lf（批准文号：Sigma-61326，生产单位：美国Sigma-Aldrich公司，浓度≥85%，规格：10mg）；丙泊酚（批准文号：D106369，生产单位：上海阿拉丁生化科技股份有限公司，浓度≥98%，规格：5g）；玉米淀粉、乙酸酐、二甲亚砜、液体石蜡、环氧氯丙烷、司班60（Span60）、1-甲基咪唑、氢氧化钠、冰醋酸、2，3-环氧丙基-三甲基氯化铵、透明质酸（hyaluronicacid，HA）、Cy5、IR780、1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐[1-（3-dimethylaminopropyl）-3-ethylcarbodiimide，EDC]、N-羟基琥珀酰亚胺（N-hydroxysuccinimide，NHS）均购自中国医药基团上海化学试剂公司。

1.2方法

1.2.1分组将20只C57BL/6小鼠正常喂养7d后随机分为对照组和Lf-SNPs组，其中对照组为同浓度混合药物组，每组10只。20只裸鼠分组同上。

1.2.2Lf-SNPs的制备2mg/mlHA溶液中加入5mgLf，加入EDC、NHS反应、透析，制备脑靶向外壳（Lf-HA）。0.03g/ml玉米淀粉溶液中加入0.75ml2，3-环氧丙基-三甲基氯化铵反应4h，制备阳离子淀粉。采用反相乳液法将20mg/ml阳离子淀粉溶液水相缓慢滴入5mg/mlSpan60油相中，加入15μl环氧氯丙烷交联，常温反应4h制备淀粉纳米颗粒（starchnanoparticles，SNPs）[3-4]。按照体积比1∶100将羟丁酸钠、丙泊酚滴入上述体系中，按体积比0.3∶1.0混合液滴入Lf-HA溶液中制备Lf-SNPs。

1.2.3淀粉负载麻醉双药预测分子模拟：采用Gromacs5.1.1分子动力学模拟软件构建丙泊酚、羟丁酸钠和淀粉分子，使用Gromos54a7生物大分子模拟力场和SPC水分子力场进行分子模拟，保持温度在300K（26.8℃），压力为1.0bar（0.1MPa）。将一个淀粉分子置于一个7nm×7nm×7nm的模拟盒中，将300个羟丁酸钠或丙泊酚分子充盈在整个模拟盒中，进行100ns（1ns=10-9s）模拟，测定淀粉分子与药物分子间兰纳-琼斯势（Lennard-Jonespotential，L·J势）变化，预测淀粉是否可实现两种药物的负载。

电荷模拟：5mg/ml的阳离子淀粉中按质量比1∶1加入羟丁酸钠搅拌30min，测定加入前后阳离子淀粉的Zeta电位变化。

1.2.4Lf-SNPs理化性能测定采用马尔文粒度仪测定Lf-SNPs的粒径、Zeta电位；采用透射电镜观察Lf-SNPs的粒径、分散性和稳定性；通过比表面积分析仪测量SNPs的比表面积。

1.2.5Lf-SNPs脑靶向性能测定近红外荧光染料Cy5、IR780的理化性质分别与羟丁酸钠、丙泊酚相似，在本研究中分别代表麻醉药羟丁酸钠、丙泊酚进行体内靶向成像。按上述方法使Lf-SNPs负载近红外染料Cy5及IR780，裸鼠尾静脉注射后采用近红外小动物活体成像系统观察给药后不同时间点的脑内分布情况。

1.2.6Lf-SNPs药效评估尾静脉单次注射Lf-SNPs，记录翻正反射消失、持续时间。翻正反射消失视为反映麻醉药物起效的客观指标，表现为给药后小鼠仰卧30s内不能恢复正常体位。翻正反射消失持续时间为翻正反射消失至翻正反射恢复的间隔时间[5]。

1.3统计学方法

采用SPSS25.0统计学软件对数据进行分析处理。计量资料以均数±标准差（）表示，各组之间的比较采用单因素方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1淀粉负载麻醉双药预测

图1A、图1D分别为丙泊酚、羟丁酸钠分子的三维化学结构。淀粉分子呈螺旋结构，丙泊酚分子广泛分布于淀粉螺旋的内、外部，见图1B；而羟丁酸钠分子仅随机分散在淀粉分子的外壁周围，无法进入淀粉螺旋内部，见图1E。丙泊酚与淀粉模拟其L·J势能增加，而羟丁酸钠几乎无势能变化，与上述结果相符，见图1C。以上结果表明淀粉螺旋具有包裹丙泊酚的潜力，而难以实现羟丁酸钠的负载。因此有必要对淀粉进行改性修饰，丰富淀粉功能性，才有可能实现以上两种药物同时负载。阳离子淀粉加入羟丁酸钠后其电位由（19.8±0.9）mV变为（9.3±0.3）mV，电位明显降低（P<0.05），说明阳离子淀粉可与羟丁酸钠静电吸附结合，有望实现麻醉双药的负载，见图1F。

2.2Lf-SNPs的理化性能测定

电镜下观察Lf-SNPs外形呈壳-核结构，形态多为规则的类球型，脑靶向外壳Lf-HA的厚度为（88.0±13.2）nm，见图2A；其粒径为（330.6±22.6）nm，表面电位为（–23.4±0.5）mV，见图2B。Lf-SNPs的比表面积为110.6m2/g，约为普通淀粉的5倍，具有较大的表面积，可为负载麻醉双药提供较广阔的空间，见图2C。此外，Lf-SNPs的多分散系数为（0.08±0.03），分散性良好，常温下放置30d内粒径变化较小，具有较好的稳定性，见图2D。

2.3Lf-SNPs的脑靶向性能测定

与对照组比较，Lf-SNPs给药30s即出现脑内Cy5、IR780荧光分布，3min时达到峰值，并可持续30min脑内分布，具有脑组织特异性靶向性能，可应用于脑内药物递送，见图3。

2.4Lf-SNPs的药效评估

对照组的翻正反射消失持续时间为（13.6±1.8）min，Lf-SNPs组为（38.7±5.9）min，麻醉持续时间较对照组明显延长（P<0.05）；说明Lf-SNPs可延长丙泊酚和羟丁酸钠联用的持续时间，提高麻醉效果。

3讨论

随着现代社会的发展和中国医疗体系的逐渐完善，民众对舒适化麻醉的需求越来越高，这对麻醉医生提出新的挑战，亟需研发药效理想、安全、毒副作用少的新型麻醉药，以满足不同手术麻醉的需要。目前，麻醉新药研发受到广泛关注，刘进团队研发的“超长效局麻药”专利成功实现临床转化，此外还有艾司氯胺酮、甲苯磺酸瑞马唑仑等新药逐步上市[6-7]。然而，当前麻醉新药技术迭代慢，研发、生产及临床推广均需要很长的生命周期，大部分麻醉医生不易改变用药习惯且存在价格昂贵、用药谨慎等劣势，这些情况均导致难以满足临床一线的麻醉需求。虽然目前临床常用的麻醉药物各有优、缺点，但如果联合各麻醉药的优势，或可规避混合用药的劣势，发挥较理想的麻醉效果[8]。因此，本研究选择丙泊酚、羟丁酸钠为代表，实现麻醉双药的脑内靶向输送，综合丙泊酚起效快及羟丁酸钠似生理性睡眠的优势，减少用量和副作用，有望提供舒适化的麻醉状态。

脑靶向纳米载药体系是一种新型的药物载体，通过负载药物并连接靶向BBB表面受体的相应配体，可实现脑部靶向药物递送，提高脑组织内药物浓度、药物利用率，提高药效的同时又可减少药物用量、降低不良反应发生率，是目前药物脑内输送研究的主要方向之一[9-10]。其中，脑靶向双药纳米载药体系在脑胶质瘤、阿尔茨海默症等疾病治疗方面进行广泛探索，实现治疗双药的脑内递送及病灶部位的富集，如小干扰RNA与抗肿瘤药物联合递送，可有效提高协同治疗效果[11-12]。Lf作为一种脑靶向配体，其受体在BBB上有一定程度的表达且不易受内源性Lf的干扰，Lf修饰的纳米载体可跨越BBB，显著提高脑内纳米载体的浓度[13-14]。淀粉来源于多种植物，天然无毒，含有较多羟基，具有灵活的化学修饰性、黏附性、增强吸收性、生物相容性等理化和生物特性，且淀粉纳米颗粒制备方式简便，可由天然淀粉经酸或酶解合成，广泛应用于生物医药领域，可作为各种药物的理想载体[15-16]。此外，淀粉纳米颗粒的多孔化学修饰可增大比表面积，提高吸附性，增加药物负载率[17]。前期研究以淀粉为纳米载体材料，依赖淀粉自身的疏水螺旋结构，通过疏水作用力负载丙泊酚，制备丙泊酚-丙酸酯淀粉纳米螺旋载体，可靶向BBB表面的脂质成分，实现丙泊酚脑内靶向输送[18]。在此基础上，本研究选择淀粉为药物载体材料，Lf为脑靶向蛋白，采用分子模拟预测、指导淀粉化学修饰负载麻醉双药丙泊酚、羟丁酸钠，构建Lf-SNPs实现脑内靶向递送。

分子模拟是一种依靠牛顿力学模拟分子体系运动的新型计算方法，通过观察分子间相互作用揭示事物的客观规律，逐渐被用于观察纳米载药体系的自组装过程[19]。其L·J势能可反映分子间相互作用势能，数值越大结构越稳定。本研究通过该技术对淀粉负载麻醉双药进行预测，丙泊酚与淀粉相互作用其L·J势能增加，提示淀粉螺旋具有包裹丙泊酚的潜力；而羟丁酸钠则无明显变化，可能因其分子量小、且疏水性极差，难以进入淀粉螺旋空腔的疏水环境所致。本研究进一步对羟丁酸钠的负载进行不断尝试，利用羟丁酸钠可解离释放Na+、剩余游离羧基的特性，通过静电作用力与阳离子淀粉结合，实现丙泊酚、羟丁酸钠两种麻醉药物的同时负载。

本研究制备的Lf-SNPs形态较规则，通过交联修饰增加表面孔隙，使其具有体积小、表面积大的优点，可提高药物的吸附率。其良好的生物相容性、分散性、表面负电性可避免被体内免疫系统的识别吞噬，延长体内循环时间，从而提高脑内蓄积浓度。在体内输送过程中，可与BBB表面的Lf受体特异性结合，由其介导的跨BBB转运实现脑内靶向输送，给药30s即可见脑内分布，3min达峰值，持续存在30min，单次注药镇静催眠持续时间（38.7±5.9）min，较同浓度混合对照组明显延长，具有起效迅速、维持时间长等优点，可综合丙泊酚、羟丁酸钠的麻醉优势，提供较为安全、理想的麻醉效果。

综上所述，本研究初步证明Lf-SNPs具有脑靶向输送和麻醉增效性能，具有潜在发展前景，可为麻醉新药研发提供可行的思路及发展方向，其具体的麻醉协同、靶向性的机制研究仍需基础动物实验研究进一步阐明。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

[参考文献]

[1] 廖纹慧，吴秀玲.全麻诱导期丙泊酚中/长链脂肪乳致罕见严重过敏反应一例[J].中国临床案例成果数据库，2022，4（1）：468–469.

[2] 赵安琪，赵平.羟丁酸钠改善睡眠障碍作用的临床研究进展[J].实用药物与临床，2022，25（11）：1032–1036.

[3] EL-NAGGARM，SAMHANF，SALAMAA，etal.Cationicstarch：Safeandeconomicharvestingflocculant&nbsp;formicroalgalbiomassandinhibitingE.coligrowth[J].IntJBiolMacromol，2018，116（1）：1296–1303.

[4] MAJCHERMJ，BABARA，LOFTSA，etal.Insitu-gellingstarchnanoparticle（SNP）/O-carboxymethylchitosan（CMCh）nanoparticlenetworkhydrogelsfortheintranasaldeliveryofanantipsychoticpeptide[J].JControlRelease，2020，330（10）：738–752.

[5] 张倩，张梅奎，刘颖璐，等.六味酸枣汤治疗围绝经期失眠的作用机制：基于网络药理学与动物实验[J].南方医科大学学报，2023，43（9）：1536–1547.

[6] 朱愿超，张亚同，梁良.局部麻醉药的安全性及其新剂型研究进展[J].药物不良反应杂志，2024，26（2）：111–117.

[7] 袁柳青，李晓玲.艾司氯胺酮复合瑞马唑仑在老年患者全身麻醉诱导中的应用[J].中国新药与临床杂志，2023，42（1）：4–5.

[8] 孙东旭，张立民.丙泊酚-依托咪酯单药/复合用药在无痛胃镜检查中的麻醉效果分析[J].巴楚医学，2023，1（4）：66–69.

[9] 贺晨，唐秋莎.脑靶向纳米递药系统的研究进展[J].东南大学学报：医学版，2020，39（1）：6–7.

[10] MISHRAK，RANAR，TRIPATHIS，etal.Recentadvancementsinnanocarrier-assistedbraindeliveryofphytochemicalsagainstneurologicaldiseases[J].NeurochemRes，2023，48（10）：2936–2968.

[11] WANGX，WUC，LIUS，etal.Combinatorialtherapeuticstrategiesforenhanceddeliveryoftherapeuticstobraincancercellsthroughnanocarriers：Currenttrendsandfutureperspectives[J].DrugDeliv，2022，29（1）：1370–1383.

[12] ZHANGX，SHIN，CHENM，etal.Angiopep-2modifieddualdrug-loadedliposomeswithbraintargetingfunctionalitymitigateAlzheimer’sdisease-relatedsymptomsinAPP/PS-1&nbsp;mice[J].JDrugTarget，2023，31（6）：634–645.

[13] ELZOGHBYA，ABDELMONEEMM，HASSANINI，etal.Lactoferrin，amulti-functionalglycoprotein：Activetherapeutic，drugnanocarrier&targetingligand[J].Biomaterials，2020，263（1）：1–21.

[14] AGWAM，SABRAS.Lactoferrincoatedorconjugatednanomaterialsasanactivetargetingapproachinnanomedicine[J].IntJBiolMacromol，2021，167（1）：1527–1543.

[15] THOMASD，MATHEWN，NATHMS.Starchmodifiedalginatenanoparticlesfordrugdeliveryapplication[J].IntJBiolMacromol，2021，173（15）：277–284.

[16] HASSANNA，DARWESHOM，SMUDASS，etal.Recenttrendsinthepreparationofnano-starchparticles[J].Molecules，2022，27（17）：1–24.

[17] LIUM，GUOX，MAX，etal.Physicochemicalpropertiesofanovelchestnutporousstarchnanoparticle[J].IntJBiolMacromol，2024，261（2）：920–928.

[18] GAOW，LIUY，JINGG，etal.Rapidandefficientcrossingblood-brainbarrier：Hydrophobicdrugdeliverysystembasedonpropionylatedamylosehelixnanoclusters[J].Biomaterials，2017，113（1）：133–144.

[19] 朱卫丰，周志炜，况文亮，等.分子动力学模拟技术在自组装纳米递药系统研究中的应用进展[J].药学学报，2023，58（1）：9–10.

（收稿日期：2024–03–20）

（修回日期：2024–07–09）