可降解聚合物纳米颗粒，登上Science大子刊！

【 工程NPs最佳CNS保留 】

为了制备PLA-HPG NPs，使用单一乳状液-溶剂蒸发技术，通过荧光显微镜监测它们在体内的位置，确定一系列颗粒组成的尺寸和表面电荷（图1A-C）。将Cy5-PLA-HPG NPs（Cy5- NPs）注入健康小鼠的CMs，并在注射后24和48小时制备冷冻脑和脊髓切片。在注射后48小时，发现在软脑膜和血管周围间隙有大量的Cy5-NPs积累，而在所有的脑冠状面中没有实质摄取，还观察到Cy5-NPs的均匀沉积（图1D、E）。NP向醛-NP的转化改善了静脉或腹腔给药后的血浆半衰期和器官积累和局部或皮下给药后对局部保留的影响， 这种转换对软脑膜区脑脊液分布的影响可以忽略不计 （图1F、G）。在所有检测的时间点，健康小鼠的无肿瘤大脑（BALB/C）的脊髓中都很好地保留，在体内和体外测量的荧光辐射通量没有显著差异（图1H）。

图1 NP在脑和脊髓中的特征和分布

【 与小分子相比，NPs具有更高的CNS保留率 】

在注射后5 min内，即0小时的时间点，观察到NPs从注射部位（CM）分布到脊髓的大脑和颈部区域（图2A、B）。相比之下，[  ⁸⁹ Zr]Zr-DFO-NPs的含量在注射前2小时的大脑和脊髓中相对稳定，此外Zr-DFO进入间质实质的程度大于[ ⁸⁹ Zr]Zr-DFO-NPs（图2C）。在注射后5 min就观察到[  ⁸⁹ Zr]Zr-DFO-NPs在膀胱中积累（图2D）。接下来，将[  ⁸⁹ Zr]Zr-DFO-NPs IT注射给无肿瘤动物（BALB/C小鼠），并在注射后12天的预定时间点进行静态PET/计算机断层扫描（图2D、E）。3小时后，至少 60%的信号在大脑中，20%的信号在脊髓中 （>80%在CNS）。

图2 [  ⁸⁹ Zr]Zr-DFO-NPs和[  ⁸⁹ Zr]Zr-DFO的PET/CT

【 NPs在异种移植瘤模型中表现出较高的CNS保留率 】

使用PET/CT成像评估了NPs在肿瘤和正常组织中的生物分布和摄取（图3A-G）。在前5 min内，在肿瘤中检测到总注射剂量的30%，并在接下来的2小时内逐渐增加到40%。 肿瘤中的摄取量高于其他任何正常组织 ，50%的总注射剂量出现在小脑内的肿瘤部位。在接下来的21天里，大脑和脊髓的摄取量保持稳定，分别约为注射剂量的15%和10%。通过鞘内（IT）给药Cy5-NPs在荷瘤小鼠细胞水平上的积累，并通过显微镜观察脑切片，发现 NP积累 （图3H）。在注射后24小时内检测到肿瘤病灶中密集的Cy5- NP积累和摄取，而在健康小鼠中未观察到小脑该区域的NP保留（图3I）。

将Cy5-NPs注射到有肿瘤的小鼠中，48小时后收集头部并切片，然后进行F4/80（巨噬细胞标记物）和Iba1（小胶质细胞标记物）染色。在48小时后可以检测到肿瘤体积中激活的小胶质细胞（红色）和肿瘤相关的巨噬细胞（绿色）的存在（图4A、B），并检测到NPs与两种细胞类型的共定位。在没有肿瘤的WT小鼠中没有发现脑实质中有明显的NP积累，只有在脑脊液浸泡的区域，如脉络膜丛，（图4C）。这些结果表明， NP的穿透、运输到肿瘤体中是由肿瘤相关的免疫细胞辅助的 。NPs聚集在整个脑膜中，沿着静脉窦聚集，尤其是横窦（图4D）。沿着横静脉窦，NPs与淋巴管共定位（LYVE-1 ⁺  CD31 ⁺ ）共定位（图4E）。此外，NP的积累经常与巨噬细胞（LYVE-1 ⁺  CD45 ⁺ ）共定位（图4F、G）。

图3 [  ⁸⁹ Zr]Zr-DFO-NPs在肿瘤中优先积累

图4 Cy5-NPs与肿瘤中的巨噬细胞和浸润性巨噬细胞共定位，并与脑膜中的脑膜淋巴管、血管和免疫细胞共定位

【 BMN-673的聚合物封装改变动物研究中药物的毒性特征 】

为了确定（BMN）NPs在体内的安全性，在健康雌性裸鼠中进行了毒理学研究。首先确定在裸鼠中单次IT剂量（BMN）NPs或游离BMN-673的最大耐受剂量（MTD）（图5A、B）。游离BMN-673给药的中位致死剂量为0.125 mg/kg。（BMN） NPs在所有剂量或0.5 mg/kg剂量下耐受性良好 。为进一步检测（BMN）NPs和游离BMN-673之间的全身毒性差异，在MTD进行两次两周用药后的第3天和第7天监测小鼠全血计数参数，包括红细胞（RBC）、白细胞（WBC）和血小板（PLT）（图5C）。

图5 BMN-673游离药物和（BMN）NPs对小鼠的毒性研究

【 与游离BMN-673相比，在异种移植瘤模型中BMN-673封装的NPs表现出更优越的活性 】

在植入后7天，在10 ⁵ 个生物发光强度下检测到肿瘤发光负荷时，对小鼠进行治疗，使用（BMN）NPs或游离BMN-673治疗1次，剂量为0.1 mg/kg（图6A）。（BMN）NP治疗的肿瘤生长速度慢于游离BMN-673。与游离的BMN-673组相比，肿瘤BLI信号在治疗后一周减幅最小，在随后的几周延迟了肿瘤生长（图6B、C）。 （BMN）NPs治疗的小鼠寿命明显长于单独治疗的小鼠 ，中位生存期为56天（图6D）。此外，游离BMN-673治疗的小鼠比（BMN）NP组体重减轻更多（图6E）。

使用相同的小鼠模型重复这项研究，但每周给药两次为0.25mg/kg（BMN）NPs或0.03mg/kg游离BMN-673（图7A），这是BMN（NP）剂量中封装的药物量。观察到两组患者的平均体重减轻程度相似（图7B）。NP治疗对所有小鼠均有显著的抗肿瘤影响，特别是在给药后1周（图7C）。此外， （BMN）NPs以及游离BMN- 673显著降低CNS转移的发生率 （图7D）。通过IVIS测量也观察到 软脑膜中远处转移扩散率的改善 （图7E）。

图6 单剂量BMN-673和（BMN）NPs对MB小鼠的肿瘤抑制作用

图7 在MB小鼠异种移植物中重复给药的（BMN）NPs的肿瘤抑制和抗转移能力

【 在异种移植模型中，BMN-673封装的NPs与替莫唑胺协同使用 】

在存在软脑膜转移的情况下，通过在第7天开始治疗，测试（BMN）NPs和游离的BMN-673是否对现有的脊柱转移有效（图8A）。（BMN）NP和TMZ组合在小鼠中耐受性良好，没有必要减少剂量，并在6只测试小鼠中有4只肿瘤清除（图8B），所有治疗组的平均体重减轻程度相似（图8C）。总的来说，这些结果表明， 脑脊液内给药NP包封药物是一种可行的MB治疗方案，在显著和持续的体内活性方面比IT单独给药更有优势 。

图8 （BMN）NPs + TMZ对D341肿瘤模型小鼠的肿瘤抑制作用和抗转移能力

【 总结 】

综上所述，对BMN-673的研究是首次在鞘内注射PARPi的临床前研究，观察了游离药物单独和联合TMZ的毒性。研究数据表明，将NPs直接传递到脑脊液可能会延长NPs的存在，使药物暴露于癌细胞，从而产生良好的抗肿瘤作用，且对健康组织的损害最小。在临床中，与全身给药或游离给药相比，通过Ommaya reservoir的脑室导管可以提高治疗效果。预计这种综合治疗方法可以在PARPi的情况下对PARPi或其他药物联合治疗开展新的研究，而不损害耐受性。此外，这种方法可能为治疗与广泛LMS相关的其他疾病带来有希望的治疗途径，如原发性肺癌、乳腺癌和黑色素瘤等恶性肿瘤的软脑膜转移。未来的研究将集中于探索载药NPs在软脑膜转移模型中的疗效，以及优化NPs与电离辐射和其他DNA损伤剂，如拓扑异构酶毒物的协同组合。