Optimizing Angiopep‐2 Density on Polymeric Nanoparticles for Enhanced Blood–Brain Barrier Penetration and Glioblastoma Targeting: Insights From In Vitro and In Vivo Experiments

胶质母细胞瘤 材料科学 体内 体外 血脑屏障 渗透(战争) 纳米颗粒 纳米技术 癌症研究 生物 神经科学 中枢神经系统 运筹学 生物化学 工程类 生物技术
作者
Weisen Zhang,Ahmed Refaat,Haoqin Li,Douer Zhu,Ziqiu Tong,Joseph A. Nicolazzo,Bo Peng,Hua Bai,Lars Esser,Nicolas H. Voelcker
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (38) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202425165
摘要

Abstract The blood–brain barrier (BBB) poses a formidable challenge to drug delivery to the brain. One promising approach involves receptor‐mediated transcytosis via Angiopep‐2 peptide (Ang‐2)‐conjugated nanoparticles. However, the influence of Ang‐2 density on BBB penetration remains poorly understood. We developed a versatile polymeric nanoparticle system with tunable Ang‐2 surface density and systematically examined its influence on BBB penetration through various in vitro assays and an in vivo study. The results reveal a nuanced relationship between ligand density and BBB penetration across experimental setups. In 2D cell culture, Ang‐2 density positively correlates with nanoparticle association in human cerebral microvascular endothelial cells (hCMEC/D3) with a distinctive inflection point. Conversely, in the Transwell model, higher Ang‐2 density negatively correlate with BBB penetration, while the BBB‐glioblastoma (GBM)‐on‐a‐chip shows the opposite trend. Disparities may be due to differences in avidity under static versus dynamic conditions, modulating nanoparticle interactions due to fluidic forces. In vivo studies align with the microfluidic model. Loading doxorubicin into the optimized nanoparticles achieves controlled pH‐responsive release and enhanced anticancer effects against U87 GBM cells in 2D cell cultures and a 3D BBB‐GBM‐on‐a‐chip. These results underscore the importance of optimizing Ang‐2 density for BBB penetration and emphasize the utility of dynamic models for the preclinical assessment of brain‐targeting nanoparticles.
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