使用酶触发丝状微胶囊的结肠靶向口服益生菌递送系统

  摘要：益生菌与人体健康密切相关。然而，在目前的结肠靶向口服给药过程中，很难找到合适的包封和释放方式来平衡益生菌的存活、释放和粘附，从而导致定植受限。在这项研究中，通过静电液滴结合逐层自组装，使用海藻酸盐和鱼精蛋白构建了一种酶触发型的微胶囊。该微胶囊可以保护胃中的益生菌，在肠道胰蛋白酶的催化下逐层崩解。具有两个鱼精蛋白层的配方显示出对大肠杆菌MG1655 (EM)的最佳保护;以及在胃pH值下的最小释放，但在肠道pH值下1小时后突然释放。特别是随着层数的增加，EM的附着强度提高。体内实验表明，EM在结肠中12小时内进入稳定期。此外，血液生化和组织学分析证明了微胶囊制剂的安全性。可以得出结论，这种微胶囊可以帮助益生菌在释放过程中存活，然后释放并在结肠中定植。

  图1 触发丝状微胶囊的合成过程和过渡示意图。

  2 结果与讨论

  2.1 酶触发丝状微胶囊表征

  为了获得高效的结肠靶向益生菌口服给药系统，研究者采用静电液滴结合逐层自组装的技术，利用天然聚电解质海藻酸盐和鱼精蛋白构建了酶触发的丝状微胶囊。

  图2 多层微胶囊的表征。a) 多层微胶囊的明场图像。b) SEM图像。c) 激光共聚焦显微镜拍摄的多层微胶囊图像。d) 微胶囊各层的Zeta电位。e) 微胶囊各层鱼精蛋白含量。f) 不同时间点的细胞活力。

  2.2 多层微胶囊释放实验

  研究者模拟了口服药物从胃到结肠的释放全过程。尽管海藻酸盐因其pH敏感性而被广泛用于肠道药物递送，然而，由于体积较大，细菌无法像小分子药物一样通过扩散机制轻易地穿过聚合物网络并释放到肠道环境中。

       图 3 多层微胶囊的体外释放曲线。a) 多层微胶囊的释放曲线。b) 多层微胶囊形态变化的激光共聚焦显微镜图像。AP 0.5、AP 1.0、AP 2.0和 AP 3.0分别代表具有零、一层、两层和三层鱼精蛋白层的微胶囊。

  2.3 粘膜粘附试验

  与肠粘膜的粘附性是实现结肠靶向和高效定植目标的重要参数，因此研究者测定了不同包层的微胶囊在胃肠道中的粘膜粘附试验。

  图 4多层微胶囊在新鲜大鼠结肠上的粘膜粘附结果。Plain代表裸露的大肠EM。AP 0.5、AP 1.0、AP 2.0和 AP 3.0分别代表具有零、一层、两层和三层鱼精蛋白层的微胶囊。

  2.4 体内成像

  研究者进一步研究了小鼠口服给药后不同制剂的递送情况。为了跟踪EM的生长，使用固定时间活体成像系统(IVIS)来观察EM发出的荧光信号变化。最终研究者得出结论：具有两层鱼精蛋白的包埋配方最适合结肠靶向益生菌递送。

  图 5 微胶囊体内定植结果。a) 小鼠和解剖结构的IVIS图像。b) 口服给药24小时后通过IVIS测量的总辐射效率。c) 标记微胶囊和改性EM在口服给药后不同时间点在紫外线灯下的保留(λ ex = 365 nm)。Plain代表裸露的EM。AP 0.5、AP 1.0、AP 2.0和 AP 3.0分别代表具有零、一层、两层和三层鱼精蛋白层的微胶囊。

  结论：为解决益生菌口服给药过程中保护、崩解、粘附的矛盾，研究者设计并构建了酶触发型丝状微胶囊。本研究中由海藻酸盐/鱼精蛋白制备的微胶囊可以保护益生菌免受酸和胆汁的侵害，并响应结肠胰蛋白酶而逐层分解。结果表明，更多的交替层表明性能更好，但是，具有三层鱼精蛋白的制剂显示出过早释放。因此，研究者发现具有双层鱼精蛋白的配方平衡了保护、崩解和粘附。这项工作证明了基于海藻酸盐/鱼精蛋白的微胶囊可以保护益生菌免受酸性和胆汁盐的侵害，控制细胞释放，帮助细菌粘附，并最终在近端结肠和远端回肠的位置成功定植。该制剂在益生菌的活力、释放和粘附的全过程中具有优异的性能，在益生菌的结肠靶向口服给药方面具有巨大潜力。

  参考文献：Cheng Q, Liu L, Xie M, Li H, Ma D, Xue W. A Colon-Targeted Oral Probiotics Delivery System Using an Enzyme-Triggered Fuse-Like Microcapsule. Adv Healthc Mater. 2021 Apr;10(8):e2001953. doi: 10.1002/adhm.202001953. Epub 2021 Jan 14. PMID: 33448140.