磁性核殼膠囊局域中和胃酸用于活性益生菌的高效遞送

摘要：近年來基于益生菌的幽門螺旋桿菌感染治療策略受到了越來越多的關注，然而益生菌在胃部中直接遞送會受到胃酸環(huán)境的干擾，難以存活，無法有效抑制幽門螺旋桿菌。為了實現(xiàn)益生菌在胃部的高效遞送，我們制備了具有核殼結構的益生菌膠囊。膠囊外殼由海藻酸鈣（Alg）、碳酸鈣（CaCO3）以及鐵鈷磁性石墨納米囊FeCo@G組成，膠囊內核為益生菌（約氏乳桿菌，Laj）菌液。其中，CaCO3用于局域中和胃酸以保護內核益生菌，而FeCo@G則賦予了膠囊良好的磁驅動性能。我們利用掃描電子顯微鏡以及細胞顯微成像系統(tǒng)等手段考察了益生菌膠囊的形貌和包裹穩(wěn)定性，結果顯示，膠囊能穩(wěn)定包裹益生菌并抵御模擬胃液（SGF）中鹽酸的侵蝕，維持了益生菌活性，并對幽門螺旋桿菌（H. p）具有明顯抑制作用。此外，我們進一步探究了Alg/CaCO3/FeCo@G-Laj （ACFL）膠囊在模擬胃部環(huán)境內的磁導航運動性能，結果表明，在磁場條件下，ACFL膠囊在不同粘度的介質中均可以實現(xiàn)高效的磁驅動效應，證實了ACFL膠囊的益生菌靶向遞送能力。綜上，ACFL膠囊為幽門螺旋桿菌的治療提供新的方法，同時也為胃酸不穩(wěn)定藥物的高效保護以及精準投遞提供了新平臺。

關鍵詞：益生菌；幽門螺旋桿菌；胃部藥物投遞；磁性石墨納米囊；酸穩(wěn)定性

中圖分類號：O649

1 引言

幽門螺旋桿菌（H. p），一種革蘭氏陰性菌，是導致慢性胃炎1，2、消化性潰瘍和胃腺癌等胃部疾病2的主要原因之一。目前臨床主要使用抗生素和質子泵抑制劑聯(lián)合治療幽門螺旋桿菌感染3–5，然而，質子泵抑制劑會導致胃酸暫時不可逆升高，進而產生高胃泌素血癥等副作用4，抗生素也容易使細菌產生抗藥性。許多發(fā)展中國家由于濫用抗生素，導致幽門螺旋桿菌對克拉霉素、甲硝唑等抗生素產生了耐藥性5。益生菌作為一種微生物，常被用于改善腸道微生物組，也有研究表明部分益生菌有抑制幽門螺桿菌的功效6，7。乳酸桿菌8–10、雙歧桿菌、地衣芽孢桿菌和酵母菌等益生菌11已被證明可有效治療與幽門螺桿菌相關的胃腸道疾病。Dore等人11發(fā)現(xiàn)了羅伊氏乳桿菌在根除幽門螺桿菌中的潛在效果，Midolo等人8報道了約氏乳桿菌這一類的產乳酸細菌菌株能在體外抑制幽門螺桿菌的生長。但是，大部分益生菌在胃內受胃酸和胃蛋白酶的影響，僅能保持幾十秒到幾分鐘的活力，無法實現(xiàn)抑菌效果。因此，需要找到一種有效的益生菌保護機制實現(xiàn)胃內保護，并在幽門螺旋桿菌定植的胃上皮細胞附近釋放益生菌以達到抑菌效果。

水凝膠是包裹益生菌的常用材料12–14，一些多糖15–17和蛋白質18，19水凝膠被證明可用于包裹益生菌并提高益生菌的活力20。靜電噴霧21是一種遞送活細胞的新型技術手段。Zhang等人22研究了靜電噴霧法微囊化細胞的短期和長期存活率，發(fā)現(xiàn)在微膠囊化和液化過程后，細胞存活良好并正常增殖。同樣的，靜電噴霧法在細菌的包裹上依然具有可行性23。然而，水凝膠網(wǎng)絡孔隙結構不能阻止質子的入侵以實現(xiàn)胃部遞送益生菌，因此需要將水凝膠材料進行摻雜改性18，24。Etchepare等人25在海藻酸鈉中混入抗性淀粉進行嗜酸乳桿菌微囊化，為益生菌提供了更好的保護。Pe?alva等人26使用酪蛋白-殼聚糖微粒包封植物乳桿菌，提高了負載益生菌的存活率。Hlaing等人27開發(fā)一步聚-L-賴氨酸（PLL）包衣工藝來增強乳桿菌在酸性條件下的生存能力。然而，相較于直接保護策略，在水凝膠外殼摻雜胃酸中和材料，有望高效抵抗胃酸的侵蝕，從而保護內核物質的活性。

由于胃腸道的復雜性，藥物通常難以到達目標位置，而微型馬達的策略有助于實現(xiàn)定點定位28。其中，磁性馬達由于不需要化學燃料和高可控性，具有很大的優(yōu)勢，利用外部磁場驅動的微型馬達適用于不同的環(huán)境，能實現(xiàn)高效定位以及精準運輸29。Kadiri等人30開發(fā)了一種具有快速響應運動和精確定位性能的仿生磁性馬達，可以通過磁性控制輸送和釋放溶栓藥物。Xing等人31研制了一種用于主動靶向治療癌癥的磁驅動/光觸發(fā)生物微型馬達，能實現(xiàn)遠程控制推進、主動定向貨物輸送。George等人32提出了一種可植入的磁性管狀微型機器人，用于眼后段的靶向藥物投遞和微創(chuàng)手術。構建具有良好的兼容性、多功能性和精確的運動控制性能的磁性馬達33，對于微馬達運輸在生物醫(yī)學領域的發(fā)展具有重要意義。

本文使用靜電噴霧法制備了一種具有核殼結構的益生菌膠囊Alg/CaCO3/FeCo@G-Laj （ACFL），外殼材料含有的CaCO3能通過酸中和作用實現(xiàn)抗酸以保護內核益生菌活性，磁性納米材料FeCo@G則能給益生菌膠囊提供了良好的磁性能，可以實現(xiàn)磁驅動靶向投遞。在模擬胃液條件下，ACFL膠囊能夠保持益生菌活性，實現(xiàn)磁驅動，并能對幽門螺旋桿菌起到良好的抑制效果，有望進一步磁靶向運動到達幽門螺旋桿菌定植部位并釋放益生菌達到抑制幽門螺旋桿菌的作用，給胃內治療幽門螺旋桿菌提供了一種新思路。