纳米递送系统中，纳米结构的物理性质包括大小、形状、表面电荷、化学组成等，对药物在靶向部位的积累有着较大的影响。对纳米结构的物理参数进行优化，能够提高药物递送效率、改善疾病治疗效果。目前，针对纳米载体的大小、形状等物理性质对肿瘤富集、细胞摄入的影响已经有比较系统的研究。但纳米载体弹性对药物递送的影响研究还不够透彻，特别是对于脑部疾病的影响目前还鲜见报道。
基于此，河南省脑靶向生物纳米药物重点实验室设计开发了一组具有不同弹性的高分子囊泡，用于比较其穿越血脑屏障（BBB）及靶向脑肿瘤细胞能力的差异。研究发现，硬度大的囊泡具有更高的BBB穿透能力、更多的细胞摄取、更强的肿瘤渗透及富集。该研究探究了不同弹性的聚合物囊泡对脑肿瘤靶向差异的影响，可为后续脑部疾病的纳米载体设计提供参考。以上研究成果以“Tuning the Elasticity of Polymersomes for Brain Tumor Targeting”为题发表在Advanced Science (DOI:10.1002/advs.202102001，IF:16.806)上。实验室博士生杜秋丽与郑蒙博士为该论文共同第一作者，冰洋教授为通讯作者。
研究人员首先利用不同的交联剂对两嵌段聚合物PEG-P(PFPMA)自组装形成的囊泡疏水中间层进行交联。在不改变囊泡结构的条件下，获得一组大小、电荷相同的高分子囊泡。因囊泡内部交联剂的不同，表现出不同的弹性。研究人员通过动态学模拟计算证明，高分子囊泡的弹性与交联剂的刚性密切相关。最后，在囊泡表面修饰脑肿瘤靶向肽，比较不同弹性高分子囊泡的脑肿瘤靶向能力。
不同弹性的囊泡显示出不同的细胞摄入能力。硬度小的囊泡被肿瘤细胞摄入较少，而硬度大的囊泡则能更多的进入细胞。同时，体外的BBB穿透模型也显示，硬度大的囊泡具有更强的BBB穿透能力。为了比较不同弹性的囊泡在肿瘤组织内部的渗透能力，研究人员采用体外肿瘤球模型，比较不同弹性的囊泡在肿瘤球中的渗透深度。发现硬度大的囊泡渗透更深，有更强的肿瘤渗透能力。结合已有研究推断，在硬度较大的情况下，囊泡形变能力较弱，有更多的靶向分子能够与细胞膜表面受体结合，从而显示出较强的细胞摄入能力。
同时，研究人员采用脑肿瘤原位荷瘤小鼠模型比较了该系列囊泡的体内肿瘤积累能力，发现在体内综合因素的影响下，硬度大的囊泡由于具有更强BBB穿透及细胞摄入与肿瘤渗透，在脑部积累更多。
河南大学-麦考瑞大学生物医学联合创新中心（JCBI）筹建于 2015 年 9 月， 2016 年获批“河南省纳米生物医学国际联合实验室”，2018 年获批“河南省生物纳米医学学科创新引智基地”，2019 年河南大学和麦考瑞大学签约，联合中心正式揭牌成立，2020 年获批“河南省脑靶向生物纳米药物重点实验室”建设。另外，联合中心还牵头组建了河南大学“AIE生物纳米技术中心”，加强河南大学生物学与化学、医学、材料科学、药学的交叉融合，培育相关学科新的增长点。中心成立以来，共获批国家及省部级项目近40项，总经费1600余万元，其中包括中组部高层次青年人才项目1项（河大首次）、国家重点研发计划青年项目1项（河南省首次）、国家自然科学基金13项；发表文章30余篇，其中包含Nature Communications (IF:14.919, Nature子刊) 、Science Advances (IF:14.136, Science子刊) 、Trends in Biotechnology (IF:19.536, Cell子刊) 、Advanced Materials (IF:30.849，4篇) 、Advanced Science (IF:16.806，2篇) 、Advanced Functional Materials (IF:18.808) 、Angewandte Chemie International Edition (IF:15.336) 、Nano Letters (IF:11.189) 、Biomaterials (IF:12.479，2篇)，Small (IF:13.281，2篇) 等；申请中国发明专利20余项，获批15项，成果转化1项，申请国际专利5项。上述系列成果有效支撑了我校生物学“一流学科”的建设，推动了生物学与相关学科的交叉融合及“生物学+”的发展。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202102001