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一种面向皮肤靶向药物递送的生物仿生方法:介孔二氧化硅-多糖杂化物在再生性化妆品药物中的应用展望

A biomimetic approach to skin-targeted drug delivery: A perspective on mesoporous silica–polysaccharide hybrids for regenerative cosmeceuticals - ScienceDirect

国际英语科技/医学/生物材料
新闻源:unknown
2025-09-25 05:49:05阅读时长5分钟2454字
皮肤健康寻常痤疮皮肤光老化生物仿生材料介孔二氧化硅纳米粒子草药多糖化妆品药物皮肤再生氧化应激炎症

内容摘要

本文提出了一种创新的生物仿生方法,将介孔二氧化硅纳米粒子与草药多糖结合,用于皮肤靶向药物递送和再生性化妆品药物开发。该方法通过模仿皮肤的自然结构和功能,创建了具有双重功能的杂化系统,既能作为药物载体实现持续释放,又能发挥多糖本身的抗氧化、抗炎和再生特性。研究表明,这种杂化系统能形成类似细胞外基质的水凝胶或薄膜,促进皮肤再生、减少炎症反应并增强胶原蛋白合成,对治疗痤疮和皮肤光老化等常见皮肤问题具有显著潜力。该技术不仅符合清洁标签和绿色化学趋势,还整合了传统草药智慧与现代纳米技术,为开发更安全、更有效的皮肤治疗产品提供了新方向,有望成为连接传统疗法与精准纳米技术的桥梁。

引言

寻常痤疮和过早的皮肤光老化是两种继续带来重大临床、心理社会和经济负担的皮肤病[1,2]。虽然从抗生素到维A酸的传统治疗方法提供暂时的缓解,但它们常常伴随着微生物耐药性、刺激和皮肤屏障功能受损等缺点[3,4]。同样,针对光老化的美容策略通常依赖于表面级配方,无法解决包括炎症、氧化应激和细胞外基质(ECM)分解在内的潜在生物降解[5,6]。

近年来,生物仿生材料的出现改变了护肤科学的范式[7]。通过模仿皮肤的结构和功能环境,这些系统为多功能、适应性和生物活性疗法提供了一条新途径。同时,植物来源的多糖作为天然存在的生物活性大分子已经获得了显著地位,然而,它们在独立配方中的有限稳定性和生物利用度限制了其临床效用[8,9]。

本观点文章提出了一种新颖的生物仿生杂化策略:将介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs)与草药多糖结合,创建双重功能的化妆品药物系统。通过这种模块化和生物启发的设计,我们设想新一代的皮肤再生治疗,不仅有效和靶向,而且生物学上协调,适合长期使用。

寻常痤疮和过早的皮肤光老化是具有重叠分子机制的不同疾病,为靶向治疗创新提供了双重机会。两者都是由对皮肤结构和免疫系统的炎症、微生物和氧化损伤驱动的(图1),这使它们成为通过生物仿生平台进行综合干预的理想候选者。

寻常痤疮由毛囊过度角化、皮脂分泌增加和痤疮丙酸杆菌(以前称为痤疮丙酸杆菌)定植的组合引发[10,11]。这种细菌被Toll样受体2(TLR2)识别,激活下游信号通路,包括NF-κB和MAPK,导致促炎细胞因子的释放和中性粒细胞浸润[[12],[13],[14]]。同时,PI3K/AKT/mTORC1轴被过度激活,促进皮脂细胞增殖和脂质合成[15,16]。

皮肤光老化,特别是在慢性紫外线(UV)暴露下,共享类似的炎症和氧化通路[17]。UVA诱导的活性氧(ROS)激活AP-1和NF-κB转录因子,触发基质金属蛋白酶(MMPs)的过表达,这些酶降解真皮基质中的胶原蛋白和弹性蛋白[[18],[19],[20]]。这导致皮肤弹性降低、皱纹形成和伤口愈合受损。此外,ROS导致线粒体功能障碍和糖化终产物的积累,进一步加速组织降解和炎症[21]。

这些共同的生物线索,如氧化应激、细胞因子过表达、微生物失衡和ECM分解,创造了一个统一的治疗靶标空间。这种趋同强化了设计能够同时解决多条病理通路的双重功能系统的概念基础。

纳米技术已经成为化妆品药物开发中的变革性工具,能够设计模仿皮肤自然结构和动态的生物启发递送系统[22]。先前的研究发现,二氧化硅纳米粒子表现出生物调节、免疫佐剂[23,24]、抗菌、抗真菌和抗氧化特性[[25],[26],[27]]。初步研究表明二氧化硅纳米粒子的安全性、有效性和临床可行性。在体内,二氧化硅刺激骨形成和血管生成,并增强成纤维细胞增殖,这对于从晚期炎症阶段到完全上皮化的伤口修复至关重要[28]。二氧化硅还促进多功能细胞因子TGF-β的分泌,这对伤口愈合、血管生成、免疫调节以及可能的癌症进展至关重要[28],以及胶原蛋白沉积,这是皮肤紧致、皱纹预防和皮肤再生的关键蛋白[29,30]。通过整合纳米技术工具,实现MSNs,提供了一个多功能且可调的平台,能够实现可控释放、高载荷容量和表面功能化,用于靶向局部治疗。它们的高表面积、定义的孔结构和固有的生物相容性使MSNs特别适合需要持续释放和局部作用的皮肤应用。MSNs的吸引力在于其模块化设计。通过仔细选择前体,如四乙氧基硅烷(TEOS)或有机烷氧基硅烷,并微调合成条件,MSNs可以设计成具有可变孔径(2-50 nm)、形态和表面化学性质。这种结构控制实现了药物包封和定时释放,这对于在皮肤屏障处维持治疗浓度同时最小化刺激至关重要[14,31,32]。

同时,草药作为传统疗法的核心,正在作为皮肤护理的多功能治疗剂重新获得关注。植物来源的多糖因其调节炎症阶段、加速伤口愈合以及增强角质形成细胞和真皮成纤维细胞增殖的能力,被广泛用于烧伤的皮肤软膏中[[33],[34],[35],[36],[37]]。组织学分析表明,高粱种子多糖水凝胶支持完全再上皮化,具有完整的表皮再生,并表现出抗氧化特性,显著有助于伤口闭合[38]。

从埃及燕麦中分离的β-葡聚糖,主要由葡萄糖(71.19%)组成,已显示出有效的抗炎和抗菌活性[39]。中国玫瑰的中等分子量多糖(1 × 10³ Da),占总多糖的65-80%,以其保湿和抗衰老效果而闻名。对重建的人类表皮中水合和稳态平衡的研究表明,这些多糖增强了水通道蛋白-3的表达和膜定位,从而促进局部和全身应用中的水合[40]。

人参(红参)的多糖,称为酸性人参多糖(RGBPs),表现出抗氧化、抗衰老和抗特应性皮炎特性。RGBPs已被证明通过AP-1通路抑制UV诱导的MMP-1表达,并在尘螨诱导的模型中减少了特应性皮炎样症状。这些发现表明RGBPs可作为营养补充成分来增强皮肤健康[41]。

在UVB照射的HaCaT细胞中,槐树 L.多糖通过MAPK通路减少了ROS产生并下调了磷酸化-JNK和磷酸化-p38 MAPK蛋白的表达。它们在较低浓度下减少了细胞凋亡,通过降低活性caspase-3水平来保护细胞,减轻了UVB诱导的细胞毒性,并在0.25-2.0 mg/mL的剂量下提高了细胞活力[42]。

含有α-和β-葡萄糖和甘露糖的多糖已被确定为有效的弹性蛋白酶抑制剂,显示出防止弹性蛋白降解的潜力,从而延迟皮肤皱纹形成。这些多糖还表现出降低UVA诱导的ROS产生和降低MMP(1,3和9)水平的功效[43]。

当结合时,MSNs和多糖形成生物仿生杂化系统,不仅可以递送活性多糖,还可以模拟自然皮肤功能。多糖可以物理吸附在MSNs中[14]或通过硅烷偶联剂(例如APTES)化学接枝,使其能够在生理条件下表现出响应行为[44],如图2(A,B,&C)所示。这些相互作用可以产生具有类似皮肤的粘弹性、屏障强化和免疫调节的水凝胶或局部薄膜[[45],[46],[47]]。

反思

MSNs与草药多糖的结合不仅代表了一种新的配方方法,它还体现了一种生物仿生设计哲学,将传统生物活性化合物与精密工程生物活性纳米材料相结合。这种策略代表了化妆品药物从简单的局部剂型向能够以动态、响应方式与皮肤微环境互动的智能系统的演变。

从功能角度看,MSNs和多糖提供了...

未来展望和研究差距

随着对清洁标签、科学支持的护肤需求的增加,MSN-多糖系统代表了传统生物活性物质和精密纳米材料之间的一个有希望的桥梁,有潜力成为临床相关、可持续和生物调谐的皮肤治疗剂。

尽管取得了令人鼓舞的进展,但在MSN-多糖系统能够转化为皮肤病学实践之前,仍存在几个差距。首先,大多数研究仍限于体外或小型动物模型,样本量有限...

【全文结束】

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