年耳科学第27期
瑞金文献第6期
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题目Ametal–organicframeworkbasedinnereardeliverysystemforthetreatmentofnoise-inducedhearingloss
基于金属-有机框架的内耳递药系统，用于治疗噪声引起的听力损失
XiaoxiangXu，……，XiongChen
中国????医院耳鼻咽喉-头颈外科
摘要噪声诱发的听力损失（NIHL）与急性和慢性噪声暴露相关。类固醇激素的应用是NIHL的一线治疗。但是，体内必须维持高剂量的类固醇激素才能维持其功效，同时引起副作用例如头痛和骨质疏松。
我们为类固醇激素递送准备了一个基于ZIF的系统，使用一锅合成法将甲泼尼龙（MP）封装到ZIF-90纳米颗粒（NP）中，获得MP
ZIF-90NP。该系统带负电，尺寸为nm，在pH值为7.4时显示出良好的生物相容性和稳定性。腹膜内注射后，ZIF-90可以有效保护外周血循环中的药物，通过血液迷宫屏障（BLB）进入内耳并缓慢释放药物。听性脑干反应（ABR）测试表明，与使用带有封装的MP（MPZIF-8）的自由MP和ZIF-8相比，MPZIF-90表现出更好的保护小鼠免受噪音干扰的能力，且肾毒性低。我们认为基于ZIF-90的输送系统是NIHL内耳治疗的有效策略。
结果一、构建MPZIF-90图1ZIF-90可用于各种药物和生物分子的输送。根据实验部分中描述的方程，将MP装入MP
ZIF-90的MP含量确定为20wt％。如图S1所示，MP的分子直径大于ZIF-90结构的大小（3.4?），因此固定的MP分子主要位于ZIF-90笼中，无法通过孔扩散出去，这对于在整个血液循环中安全保护MP至关重要。扫描电镜显示获得的MPZIF-90是球形纳米颗粒（NP），尺寸约为nm（图2a），略大于纯ZIF-90（90纳米）。具体合成方法：Zn（NO3）2·6H2O，Zn（CH3COO）2·2H2O和2-ICA购自中国能源化工。甲醇，乙醇，二甲基甲酰胺（DMF），异硫氰酸荧光素（FITC）和二甲基亚砜（DMSO）为购自中国天津富宇精细化工有限公司。MP购自美国Pfizer。将20mgMP溶解在μL去离子水中。将2mmol的2-ICA溶解在20mL的DMSO中。剧烈搅拌下将MP溶液和2-ICA溶液混合，5分钟后，将含Zn（CH3COO）2·2H2O（0.2M）10mLDMF加入，室温下搅拌30分钟。将该混合物用乙醇洗涤，并在冷冻干燥机中干燥24小时。然后，将粉末重新分散在PBS溶液/乙醇中，并用超声处理30分钟，以用于进一步的生物应用。
图2MP
ZIF-90的粉末X射线衍射（PXRD）图谱显示在2θ=7.4°，14.7°和29.6°处的尖锐衍射峰，这些峰分别分配给（），（）和（）平面分别为草皮型结构（图2b）。实验的PXRD结果与模拟的PXRD图谱非常吻合，并且与以前的报道非常吻合，表明成功制备了高度结晶的ZIF-90。此外，在PXRD图谱中未观察到自由MP的衍射峰，表明MP分子均匀分布在ZIF-90材料中。MPZIF-90的N2吸附/解吸等温线在低压下（P/P0=0.1）表现出尖锐的毛细管凝结，表明MPZIF-90在其有序的多孔骨架中具有大量微孔。MPZIF-90的Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面积和总孔体积分别为m2g-1和1.05cm3g-1（图2c）。我们通过在0.1MPBS（pH7.4）中的动态光散射（DLS）进一步测量了MPZIF-90的粒径。MPZIF-90的平均粒径为nm，多分散指数（PDI）为0.22（图3a）。如先前报道，在生物相关应用中，粒径为50–nm的NP最有效。MPZIF-90中MP的负载量为20wt％，这是根据实验部分的公式计算得出的。当进一步增加载量时，MPZIF-90的粒径变宽，削弱了其作为药物递送系统的能力。我们通过获得MP的体外释放曲线，进一步研究了MPZIF-90在生理pH（7.4）下的稳定性以及MP在MPZIF-90中的位置（图3b）。MPZIF-90在pH7.4下显示7天没有释放，表明MP分子被封装在MPZIF-90的框架中。此外，发现ZIF-90对酸或ATP敏感。当将pH值调节到5时，由于ZIF-90的分解，MP在36小时内缓慢释放，这与以前的报告类似。因此，成功地将MP加载到ZIF-90材料中在一个锅中制备，可以在生理条件下安全保护MP。二、同类载体比较ZIF-8NP是另一种典型的MOF，广泛用作药物，酶，蛋白质和DNA的递送系统。ZIF-8具有与ZIF-90相同的拓扑结构，但使用不同类型的咪唑接头。已准备好MP
ZIF-8进行比较（图S2和S3?）。使用Zeta分析仪（DelsaNanoC，BeckmanCoulter，Inc.）获得ZIF-90，MPZIF-90，ZIF-8和MPZIF-8的Zeta电位，分别为-5.1，-6.9，+25.3，在室温下，分别在0.1MPBS（pH7.4）和+19.3mV中充电（图3c）。ZIF-8中的2-甲基咪唑化物中的N容易质子化，这使ZIF-8带正电，而ZIF-90中的羧基醛基在0.1MPBS（pH7.4）中带负电。我们通过MTT分析进一步评估了MPZIF-90和MPZIF-8在MCF-7细胞中的体外生物相容性（图3d）。MPZIF-90的细胞活力高于MPZIF-8的细胞活力，这表明MPZIF-90具有更高的生物相容性。带正电的ZIF-8NP具有良好的细胞摄取特性，这是由于带正电的ZIF-8NP与带负电的细胞膜之间的强相互作用引起的，因此对于抗癌治疗非常有益。但是，在内耳治疗中，这种细胞摄取特性可能会导致内毛细胞（IHC）和外毛细胞（OHC）形成缺陷。因此，带少量负电荷的MPZIF-90NP具有良好的生物相容性，并且有潜力用于NIHL的内耳治疗。图3三、腹膜内注射后ZIFNP在内耳中的分布我们进一步将ZIFNP用于内耳治疗。首先研究了腹膜内注射后ZIFNP在内耳中的分布。MP分子未显示荧光信号。因此，选择FITC
ZIF作为模型来研究ZIFNP在小鼠内耳中的位置（图S4和S5?）。所有图像均使用相同的成像设置。如图4所示，对照组中没有图像显示荧光信号，表明喂食不同时间的小鼠没有大的差异。腹腔注射FITCZIF-天后，小鼠的耳蜗图像显示出分配给FITC的强荧光信号，这表明FITCZIF-90可以通过血液循环进入小鼠的内耳。给药3天后，强度略有降低，而给药9天后仍观察到来自FITCZIF-90的FITC信号。因此，FITCZIF-90可以进入内耳并缓慢释放FITC，长达9天。对于FITCZIF-8系统，观察到了相似的结果。我们的结果表明ZIF-90和ZIF-8NP可以通过BLB进入内耳并在内耳治疗期间以合适的浓度释放出活性药物图4四、MPZIF-90在NIHL中的应用为了研究内耳治疗前后小鼠的NIHL，使用Tucker-Davis技术系统（RZ6，TuckerDavisTech.Inc。，Alachua，FL，USA）进行了听觉脑干反应（ABR）测试（图5a）。小鼠的低ABR阈值表明具有良好的保护作用。如图5b所示，注射前对小鼠进行ABR测试的结果表明，在任何一组中，小鼠的听力阈值在8-32kHz的喀嗒声下均没有表现出显着差异（P0.05），表明所选组中的小鼠适合进行进一步的听力检查。对照组中的小鼠连续三天暴露于dBSPL的白噪声中，每天进行三小时的治疗。未使用这种药物的小鼠在16–32kHz的高频下表现出最大的影响。16、24和32kHz时的听力损失平均值超过25dB，而16kHz时的听力损失最为严重（36.7±5.2dB）。在听力阈值的8kHz低频处的ABR检测结果也显示出明显的听力损失（P0.05）。因此，未给予药物的小鼠在诱发的噪音下有明显的听力损失，表明需要进行内耳治疗
图5使用免费的MP，MP
ZIF-90和MPZIF-8对小鼠进行ABR测试，如图5b-d所示。与对照组的小鼠相比，游离MP组小鼠的听力在8–32kHz时仍显示出明显的损失，并且没有保护作用（P0.05）。值得注意的是，MPZIF-90组的小鼠即使受到了高频噪声（16kHz，24kHz和32kHz）的治疗，仍表现出明显的保护作用。在这些高频下，MPZIF-90组与其他三个组（对照组，游离MP和MPZIF-8）之间的ABR阈值差异非常显着（P0.）。MPZIF-90组的小鼠在单击和24kHz时没有听力损失。如图5d所示，用MPZIF-90在8kHz，16kHz和32kHz处治疗的小鼠的ABR阈值仅比未进行任何噪音处理的小鼠的ABR阈值高5dB（图5d）。另一方面，在MPZIF-8组中，经MPZIF-8处理的小鼠的ABR阈值为10dB，8.33dB和12.5dB，低于点击时对照组的水平。分别为8kHz和16kHz（图5c）。但是，在高频（24kHz和32kHz）下，MPZIF-8中的小鼠与对照组之间没有显着差异（P=1..06）。以上所有结果表明，MPZIF-90可以有效地防止听力受到感应噪声的影响，并且性能优于免费的MP和MPZIF-8。因此，MPZIF-90是用于内耳治疗的高效传送系统，因为它可以很好地保护小鼠免受噪音干扰。为了进一步证明基于ZIF的NP递送系统在内耳治疗中的安全使用，对内耳进行共聚焦图像并进行内耳治疗后的血液生化测试（图6和7）。四个小鼠模型组耳蜗基底膜的共聚焦图像如图6所示。该模型包含内部毛细胞（IHC）和外部毛细胞（OHC）。有噪音。操作步骤与ABR测试相同。共聚焦图像显示，耳蜗基底膜的OHC几乎没有缺陷，包括基底，中部和顶端转弯，表明在使用MP
ZIF-90进行内耳治疗期间具有良好的生物相容性。为了进行比较，当使用对照，MPZIF-8和游离MP时，耳蜗基底膜上的毛细胞主要在基底转弯和中转分散或不存在。顶尖的毛细胞几乎完整。此外，MPZIF-90含有少量负电荷，表明MPZIF-90可以防止噪声处理对内耳结构的损害。因此，MPZIF-90可以保护内耳的结构免受噪声损坏。图6我们进一步研究了基于ZIF的NP治疗小鼠的肾毒性。通过收集小鼠的血清来检测血清肌酐（CREA），尿素（UREA）和尿酸（UA）的肾功能测试结果（图7）。NP处理的小鼠和游离MP组，MP
ZIF-90和MPZIF-8处理的小鼠的CREA结果没有显着差异（图7a）。对照相对于游离MP，MPZIF-90和MPZIF-8的P值分别为1.、1.和0.，均0.05。相对于对照组，游离MP，MPZIF-90和MPZIF-8组的尿素和尿素肾功能也未见明显毒性（图7b和c）。所有这些结果表明，基于MPloadedZIF的系统具有低肾毒性，低副作用和良好的生物相容性，因此是用于内耳治疗的潜在输送系统。图7参考文献Xu,X.,Lin,K.,Wang,Y.,Xu,K.,Sun,Y.,Yang,X.,Yang,M.,He,Z.,Zhang,Y.,Zheng,H.,etal.().Ametal-organicframeworkbasedinnereardeliverysystemforthetreatmentofnoise-inducedhearingloss.Nanoscale12,–.
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