国家纳米中心在外周神经介导纳米颗粒向中枢神经系统转运方面获进展

2023-08-09 15:08

近日，中国科学院国家纳米科学中心陈春英课题组在外周神经介导纳米颗粒从肠道向中枢神经系统转运方面取得新进展。相关研究成果以Peripheral nerves directly mediate the transneuronal translocation of silver nanomaterials from the gut to central nervous system为题，发表在《科学进展》（Science Advances）上。

纳米颗粒在体内的转运路线决定了其最终靶器官和随后的生物效应。剖析纳米颗粒的体内特定转运路线，对于纳米生物安全和纳米医学功能至关重要。传统观点认为，血液循环是介导纳米颗粒在不同器官间转运的唯一途径。揭示非血液途径介导的纳米颗粒的转运规律颇具挑战性，也是制约发展靶向纳米药物的关键问题。然而，目前研究缺乏纳米颗粒从源端到终端的全环路系统谱图。例如，纳米颗粒如何从肠道转运至中枢神经系统？转运途径和机制是什么？

针对以上问题，研究团队采用具有广谱抗菌性能的纳米银颗粒作为模式材料。研究发现，经口灌胃途径，纳米银不能有效地进入血液，却以颗粒态在小鼠的中枢神经系统（脑部和脊髓）中显著富集。实际上，与血液循环网络类似，复杂的神经网络遍布全身，并介导器官之间的双向通信。例如，肠道可通过外周神经与中枢神经系统进行交流。研究发现，小鼠经过迷走神经和选择性脊神经后跟切断术后，纳米银进入脑部和脊髓的含量明显减少，揭示肠道能够利用迷走神经和脊神经作为直接通路进入脑部和脊髓。单细胞质谱分析显示，在源端肠道，纳米银主要被特定的肠道细胞亚群如肠上皮和肠神经细胞大量摄入，随后转移到连接的外周神经，胃肠道蛋白冠尤其是HSC70蛋白分子可显著增加肠道细胞对纳米银的摄入。这种非典型的跨神经元转运表明外周神经除了作为化学信号传输介质外，同样能够作为纳米颗粒在肠道－中枢神经系统间输运的通道。

该研究基于多种创新方法的集成（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱成像、场流分离、神经切断术、单细胞质谱和同步辐射光源技术），突破“经典途径”血液循环介导纳米颗粒转运的认知，首次提出外周神经纤维作为“非经典途径”介导纳米颗粒在体内器官间的转运，绘制了纳米银从源端肠道－外周神经－终端中枢神经系统的全环路转运谱图。这条纳米颗粒进入中枢神经系统的新型通路，为发展靶向中枢神经系统相关疾病的纳米药物提供了重要思路。

研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会和中国科学院青年创新促进会等的支持。