纳米材料在体内的代谢分布及生物转化一直受到广泛关注,大多数纳米材料因尺寸效应、表面电荷、配体性质等特性由肝脏代谢。可肾清除纳米颗粒可通过肾脏代谢,从而有效的清除至体外,避免了在体内的长期积累。其具有更高的生物安全性,因此备受关注。近些年,学者们进行了大量的研究来探索可肾清除纳米颗粒在肾脏中的相互作用,但仍不清楚它们的转运是否会受到肝脏以及其他器官的影响。 肝脏是人体最大的解毒器官,其中肝脏的实质细胞合成谷胱甘肽 (GSH) 并外流至肝窦周系。肝脏 GSH 在各种生物转化以及外源物质的解毒等方面都发挥着至关重要的作用。近日,华南理工大学附属第二医院杜步婕研究员课题组和华南理工大学生物医学与科学工程学院蒋兴垭教授团队合作,以可肾清除的 IRDye800CW 共轭的金纳米团簇 (800CW4-GS18-Au25) 为模型展开了研究,他们经研究发现,虽然可经肾清除的 800CW4-GS18-Au25有着很低的血清蛋白结合率,在肝脏中的蓄积也很少,但其表面配体在通过肝脏时仍会逐渐被肝脏 GSH 介导的生物转化所改变。此外,他们还观察到了尿液中生物转化指数 (UBI) 与肝脏 GSH 之间的线性相关性,这使得 800CW4-GS18-Au25可以作为一种人工尿液生物标志物来定量检测肝脏 GSH 水平(图1)。
图1、肝脏谷胱甘肽介导的生物转化对 800CW4-GS18-Au25 体内转运的影响及其通过尿液法实现肝脏谷胱甘肽水平的无创定量检测。 在该项研究中,作者通过马来酸二乙酯 (DEM) 抑制肝脏 GSH 的产生(图2)及其小鼠肝脏血管结扎模型(图3),深入探究了肝脏谷胱甘肽对可肾清除金纳米颗粒体内生物转化的重要影响。 图2、肝脏 GSH 介导 800CW4-GS18-Au25 的体内生物转化。 图3、肝脏主导的800CW4-GS18-Au25的体内生物转化。 基于 800CW4-GS18-Au25对肝脏 GSH 的响应性及其可肾清除的能力,其可作为一种人工尿液生物标志物,通过尿液高效液相色谱分析,在活体水平上实现肝脏GSH的无创定量评估,并实现了药物肝损伤的早期检测(图4)。 图 4、800CW4-GS18-Au25 无创尿液检测肝脏谷胱甘肽水平。 据文献调研,这是首例用尿液法实现对肝脏GSH远程无创定量评估的研究。此外,该工作的机制探究拓宽了人们对纳米颗粒体内转运的深入认知,有望推动疾病生物检测纳米探针的未来发展。 论文信息 Hepatic Biotransformation of Renal Clearable Gold Nanoparticles for Noninvasive Detection of Liver Glutathione Level via Urinalysis Yuming Qi, Mingze Xu, Huixu Lu, Xiaoxian Wang, Yexi Peng, Ziyuan Wang, Fengying Liang, Prof. Dr. Xingya Jiang, Prof. Dr. Bujie Du 华南理工大学杜步婕研究员和蒋兴垭教授为该论文的共同通讯作者,杜步婕课题组博士生祁禹鸣同学为该论文的第一作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409477