陈春英课题组在外周神经介导纳米颗粒向中枢神经系统转运方面取得新进展

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近日，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, 2023, 9, eadg2252）。
         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。系统阐明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是长期面临的挑战，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，但是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。研究人员发现，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，最终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。重要的是，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。

图. 纳米银从肠道转运至中枢神经系统的转运过程和机理

         国家纳米科学中心王晓宇博士为该论文的第一作者，国家纳米科学中心陈春英研究员、崔雪晶副研究员为该文章的通讯作者。中科院生态环境研究中心谭志强研究员为本文合作者。感谢北京大学于翔教授对该工作的帮助。上述研究工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。
          原文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg2252
            文章来源：国家纳米科学中心
       陈春英，国家纳米科学中心研究员、博士生导师。1996年获得华中理工大学生物医学工程专业医学博士学位。1996年11月至2006年5月，中国科学院高能物理研究所博士后并留所工作；2001年9月-2002年9月，瑞典卡罗林斯卡大学诺贝尔医学生物化学研究所博士后。2006年6月加入国家纳米科学中心。先后主持科技部973项目、国家仪器专项、国家自然科学基金、欧盟第六、第七框架计划(EU-FP6&FP7 )、国际原子能机构协调研究计划(IAEA)等多项国内与国际合作项目。中国毒理学会及国际纯粹与应用化学联合会员，担任《Metallomics》、《Nanotoxicology》、《Particle and Fibre Toxicology》和《Current Drug Metabolism》编委。相关研究成果已在Nat Methods, Nat Commun, Chem Soc Rev, Acc Chem Res, PNAS, Nano Lett, Adv Mater, ACS Nano, Small, Biomaterials等国际著名刊物发表学术论文150余篇。中国授权专利14项，国际授权专利1项。2008年获“北京市科学技术二等奖(第二获奖人)”，2011年获“中国标准化杰出人物—创新人物”奖，2012年获“国家自然科学二等奖(第二获奖人)”，2014年获“国家杰出青年科学基金”资助以及“中国青年女科学家奖”，并入选“国家百千万人才工程”、Thomson Reuters公布的“2014年全球高引用科学家”以及“中科院百人计划”。