A rationally designed polypeptide-based hybrid platform for targeted intranasal brain drug delivery

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作者
Inmaculada Conejos‐Sánchez,Tetiana Melnyk,Esther Masiá,Daniel Morelló-Bolumar,Luz Tortajada-Comeche,Irene Dolz‐Pérez,Lucía Inés Torrijos‐Saiz,Paula Tenhaeff,Julia Roosz,Alessia Moruzzi,Gloria Sogorb,María Medel,Peter Loskill,Esther Roselló-Sastre,Víctor Sebastián,Helena F. Florindo,Carles Felip‐León,Vicent J. Nebot,Vicente Herranz‐Pérez,José Manuel García‐Verdugo
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:328: 123867-123867 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2025.123867
摘要

Intranasal administration represents a safe and non-invasive route for drug delivery to the brain; however, clinical translation remains limited due to anatomical and physiological barriers. We present a modular hybrid biomaterial platform (NanoInBrain) that bypasses the blood-brain barrier via the olfactory route and enables central nervous system (CNS) drug delivery. The platform integrates a rationally designed polypeptide-based nanocarrier with a depot-forming hydrogel vehicle - a hyaluronic acid-poly-L-glutamate crosspolymer (HA-CP, Yalic®) - adapted from dermatological applications to enhance nasal mucosal retention and brain uptake. We engineered the nanocarrier system using star-shaped poly-L-glutamate (StPGA) architectures and systematically tuned physicochemical properties to optimize mucosal interaction and CNS diffusion. We introduced mucoadhesive and mucodiffusive functionalities via C-terminal odorranalectin (OL) conjugation, which improved nasal epithelium permeation through receptor-mediated mechanisms. Redox-responsive disulfide crosslinking (StPGA-CL-SS) further enhanced mucosal transport by enabling thiol-mediated anchoring to mucin glycoproteins, outperforming inert click-crosslinked variants. Ex vivo Franz diffusion studies and a nasal-mucosa-on-chip model demonstrated robust permeation, with in vivo imaging confirming brain distribution and intracellular uptake in neurons and microglia. Incorporation of HA-CP prolonged nasal residence (∼4 h) and increased total brain accumulation while being well-tolerated. This new platform combines architectural tunability, bioresponsive surface chemistry, and depot-mediated delivery in a scalable, biocompatible nose-to-brain delivery system with potential for treating neurological disorders.

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