DOI: https://doi.org/10.3389/fbiom.2026.1756457
تاريخ النشر: 2026-02-03
المؤلف: Juan Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: توصيل الأدوية المعتمد على الجسيمات النانوية
نظرة عامة
تقدم هذه المراجعة فحصًا شاملاً لحاملات النانو من البوليسكاريد، مع التركيز على خصائصها الهيكلية والمزايا الوظيفية المستمدة من البوليسكاريدات الطبيعية مثل الكيتوزان، وحمض الهيالورونيك، والدكستران، والفركتان، والنشا، والطب الصيني التقليدي (TCM). يتم تعزيز الخصائص الفطرية لهذه البوليسكاريدات، بما في ذلك التوافق الحيوي وقابلية التحلل الحيوي، من خلال تكنولوجيا النانو، التي تعالج القيود مثل ضعف الذوبان وضعف قدرات الاستهداف. تسلط المراجعة الضوء على آليات النشاط الحيوي لهذه الحاملات النانوية، مما يظهر إمكاناتها في العلاجات المستهدفة للأمراض المعقدة من خلال تعديل المناعة، وتأثيرات مضادة للأكسدة ومضادة للالتهابات، وحماية الأعصاب، والنشاط المضاد للأورام.
على الرغم من تطبيقاتها الواعدة، تحدد المراجعة تحديات كبيرة في الترجمة السريرية لحاملات النانو من البوليسكاريد. تشمل القضايا الرئيسية الحاجة إلى دراسات منهجية حول علاقات الهيكل-النشاط، وتعقيدات الإنتاج القابلة للتوسع، وتقييمات السلامة على المدى الطويل. يتم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية، مع التركيز على تطوير الحاملات الذكية، وتحسين الخصائص الدوائية، والتطبيقات متعددة التخصصات التي تدمج الوظائف العلاجية والتغذوية. تؤكد المراجعة على ضرورة تحقيق تقدم في تقنيات التصنيع والأطر التنظيمية لتسهيل الانتقال من البحث في المختبر إلى التطبيقات السريرية والصناعية، بهدف تعزيز دور حاملات النانو من البوليسكاريد في الطب الدقيق والأغذية الوظيفية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على مزايا البوليسكاريدات كحاملات نانوية في أنظمة توصيل الأدوية، مع التركيز على توافقها الحيوي، وقابلية تعديل هيكلها، وقدرتها على تحميل المواد الفعالة (Kou et al., 2024). على عكس البوليمرات الاصطناعية، يمكن تحلل البوليسكاريدات الطبيعية إنزيميًا إلى سكريات أحادية أو أوليغوسكاريدات غير ضارة، مما يدمجها في الدورات الأيضية دون سمية كبيرة (Fu and Shi, 2024). من الجدير بالذكر أن حمض الهيالورونيك (HA) يتم التأكيد عليه لقدرته على تعزيز الاستهداف والاستقرار مع تقليل السمية الحيوية، على الرغم من أن بعض البوليسكاريدات تواجه تحديات مثل ضعف الذوبان والاستقرار المحدود (Haggag et al., 2023).
تناقش النصوص أيضًا كيف يمكن لتكنولوجيا النانو أن تعزز فوائد البوليسكاريدات من خلال تمكين بناء حاملات نانوية مركبة تسهل إطلاق الأدوية استجابةً للمؤثرات والتصوير متعدد الأنماط، مما يعالج القضايا الحرجة في علاج الورم الدبقي (Li et al., 2022). على الرغم من الإمكانات الواعدة لحاملات النانو المعتمدة على البوليسكاريد، لا يزال مشهد البحث مجزأ، يفتقر إلى إطار نظري شامل واستراتيجيات تطبيقية. يهدف هذا المقال إلى مراجعة منهجية لنشاط البوليسكاريد النانوي، موضحًا توافقه الحيوي، وقابلية تحلله، وآليات نشاطه الحيوي، مع معالجة الحاجة إلى فهم متماسك لأدوارها في سياقات علاجية متنوعة، بما في ذلك الوظائف المضادة للأورام وحماية الأعصاب.
طرق
تتناول هذه القسم تصنيف وطرق تحضير حاملات النانو من البوليسكاريد، مع التركيز على خصائصها الهيكلية وإمكاناتها التطبيقية في توصيل الأدوية وتعزيز الأغذية. تُصنف حاملات النانو من البوليسكاريد، التي تكون عادةً دون الميكرون في الحجم، بناءً على ميزاتها الهيكلية بدلاً من الحجم فقط. تشمل الأنواع الرئيسية من الحاملات النانوية جزيئات البوليسكاريد النانوية، والنانوميسيلات، والنانوزيكل، وحاملات النانو المركبة، كل منها يستخدم آليات مختلفة لتغليف الأدوية وتوصيلها. على سبيل المثال، تتشكل الجزيئات النانوية من خلال الربط الفيزيائي أو البلمرة الكيميائية، بينما تستخدم النانوميسيلات التجميع الذاتي للبوليسكاريدات الأمفيلية لإنشاء هياكل نواة-غلاف تعزز من ذوبان الأدوية وتوافقها الحيوي.
تتعدد طرق تحضير هذه الحاملات، بما في ذلك التجميع الذاتي، والتحلل الحمضي، والربط التساهمي، والبلمرة المشتركة، والتحفيز الإنزيمي، والبناء المركب. تستفيد كل طريقة من تفاعلات وظروف محددة لتحقيق الخصائص الهيكلية والوظيفية المرغوبة. على سبيل المثال، يعتمد التجميع الذاتي على التفاعلات الكارهة للماء والروابط الهيدروجينية، بينما يتضمن التحلل الحمضي قطعًا متحكمًا للرابطة الجليكوسيدية لتشكيل جزيئات نانوية بأحجام مستهدفة. يعزز الربط التساهمي القوة الميكانيكية والاستقرار، وتسمح البلمرة المشتركة بإنشاء هياكل أمفيلية تعمل على تحسين تحميل الأدوية. تقدم الطرق الإنزيمية بدائل صديقة للبيئة للتحلل الدقيق وتعديل البوليسكاريدات، مما يمكّن من تشكيل جزيئات نانوية بخصائص مصممة خصيصًا. بشكل عام، توفر الطرق المناقشة إطارًا شاملاً لتطوير حاملات نانوية فعالة تعتمد على البوليسكاريد لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
مناقشة
في مناقشة حاملات النانو المعتمدة على البوليسكاريد، تبرز الورقة التنوع الهيكلي والقدرات الوظيفية لمختلف البوليسكاريدات، مع التركيز على إمكاناتها في أنظمة توصيل الأدوية. يظهر الكيتوزان، وهو بوليسكاريد كاتيوني، مزايا كبيرة في توصيل الأدوية عن طريق الفم بسبب توافقه الحيوي، واستقراره عند مستويات pH، وقدرته على تشكيل معقدات مستقرة مع الأدوية المشحونة سلبًا والأحماض النووية. تسهل ميزاته الهيكلية، وخاصة تفاعل مجموعات الأمين والهيدروكسيل، تحميل الأدوية بكفاءة، وإطلاقها بشكل متحكم، وزيادة توافرها الحيوي. وبالمثل، يُلاحظ أن حمض الهيالورونيك (HA) يتمتع بقدرات استهداف عبر تفاعلات مستقبل CD44، مما يجعله فعالًا بشكل خاص في علاج الأورام. تصف الورقة التطبيقات المبتكرة لـ HA في أنظمة توصيل الأدوية، بما في ذلك تطوير النانوميسيلات التي تطلق الأدوية استجابةً للبيئات الحمضية، مما يعزز الفعالية العلاجية.
كما يتم مناقشة الدكستران والفركتان كحاملات نانوية واعدة من البوليسكاريد. تسمح الخصائص الهيكلية للدكستران بالتجميع الذاتي والتعديل، مما يعزز استقراره وأدائه البيولوجي في توصيل الأدوية وعلاج السرطان. يمكن للفركتان، مع روابطه الجليكوسيدية الفريدة ومجموعات الهيدروكسيل، أن تتجمع ذاتيًا لتشكيل جزيئات نانوية، مما يوفر نهجًا خاليًا من المواد السطحية لتحضير الحاملات. تختتم الورقة بتلخيص الفروقات الوظيفية بين حاملات النانو من البوليسكاريد، رابطًا ميزاتها الهيكلية الفطرية بآليات استهداف محددة وتطبيقات توصيل الأدوية. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعددية حاملات النانو المعتمدة على البوليسكاريد في تعزيز كفاءة توصيل الأدوية ودقة الاستهداف عبر سياقات علاجية متنوعة.
القيود
تسلط القسم الخاص بالقيود الضوء على عدة تحديات حرجة تواجه حاملات النانو المعتمدة على البوليسكاريد في التطبيقات السريرية، على الرغم من مزاياها في التوافق الحيوي، وقابلية التحلل الحيوي، والتوصيل المستهدف. تعتبر التباين الفطري في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبوليسكاريدات مصدر قلق رئيسي، حيث تتأثر بعوامل مثل الوزن الجزيئي، ودرجة التشعب، والذوبان، مما يعقد إمكانية التكرار والإنتاج القابل للتوسع. تعيق هذه التباينات القدرة على تلبية متطلبات التوحيد اللازمة للاستخدام السريري وتخل بالتوازن الدقيق بين تحميل الأدوية والإطلاق المتحكم، خاصة بالنسبة للأدوية الكارهة للماء. وبالتالي، يمكن أن تؤدي قضايا مثل الإطلاق المفاجئ الأولي وسرعة الإطلاق غير المتطابقة إلى تقويض الفعالية العلاجية وزيادة مخاطر السمية بسبب تسرب الأدوية خارج الهدف.
علاوة على ذلك، قد تحفز حاملات النانو من البوليسكاريد استجابات مناعية غير مقصودة، مما يؤدي إلى تفاعلات مناعية أو التهاب محلي، مما يزيد من تحديات توافقها الحيوي. إن نقص التقييم المنهجي للسلامة الحيوية، وعلم الأدوية في الجسم الحي، وبيانات السمية على المدى الطويل يمثل عقبات تنظيمية كبيرة للحصول على الموافقة السريرية. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون الاستراتيجيات الحالية لتعديل الروابط المستهدفة غير فعالة وعرضة للتخلص بواسطة الحواجز البيولوجية، مما يحد من تراكم الأدوية الفعالة في مواقع الهدف. تساهم عمليات التحضير والتعديل المعقدة أيضًا في ارتفاع تكاليف الإنتاج، مما يعيق انتقال هذه الحاملات من البحث في المختبر إلى الممارسة السريرية. إن معالجة هذه القيود من خلال تعديل المواد، وتحسين العمليات، والتعاون بين التخصصات أمر ضروري لتقدم القابلية السريرية لحاملات النانو المعتمدة على البوليسكاريد.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbiom.2026.1756457
Publication Date: 2026-02-03
Author(s): Juan Du et al.
Primary Topic: Nanoparticle-Based Drug Delivery
Overview
This review provides a comprehensive examination of polysaccharide nanocarriers, emphasizing their structural characteristics and functional advantages derived from natural polysaccharides such as chitosan, hyaluronic acid, dextran, fructan, starch, and traditional Chinese medicine (TCM). The inherent properties of these polysaccharides, including biocompatibility and biodegradability, are enhanced by nanotechnology, which addresses limitations like poor solubility and weak targeting capabilities. The review highlights the bioactivity mechanisms of these nanocarriers, showcasing their potential in targeted therapies for complex diseases through immunomodulation, antioxidant and anti-inflammatory effects, neuroprotection, and antitumor activity.
Despite their promising applications, the review identifies significant challenges in the clinical translation of polysaccharide nanocarriers. Key issues include the need for systematic studies on structure-activity relationships, scalable production complexities, and long-term safety evaluations. Future research directions are proposed, focusing on the development of intelligent carriers, optimization of pharmacokinetic properties, and interdisciplinary applications that integrate therapeutic and nutritional functions. The review underscores the necessity for advancements in manufacturing technologies and regulatory frameworks to facilitate the transition from laboratory research to clinical and industrial applications, ultimately aiming to enhance the role of polysaccharide nanocarriers in precision medicine and functional foods.
Introduction
The introduction highlights the advantages of polysaccharides as nanocarriers in drug delivery systems, emphasizing their biocompatibility, structural modifiability, and capacity for active substance loading (Kou et al., 2024). Unlike synthetic polymers, natural polysaccharides can be enzymatically decomposed into harmless monosaccharides or oligosaccharides, integrating into metabolic cycles without significant toxicity (Fu and Shi, 2024). Notably, hyaluronic acid (HA) is underscored for its ability to enhance targeting and stability while minimizing biotoxicity, although some polysaccharides face challenges such as poor solubility and limited stability (Haggag et al., 2023).
The text further discusses how nanotechnology can amplify the benefits of polysaccharides by enabling the construction of composite nanocarriers that facilitate stimuli-responsive drug release and multimodal imaging, addressing critical issues in glioma therapy (Li et al., 2022). Despite the promising potential of polysaccharide-based nanocarriers, the research landscape remains fragmented, lacking a comprehensive theoretical framework and application strategies. This article aims to systematically review the bioactivity of polysaccharide nanocarriers, elucidating their biocompatibility, degradability, and bioactivity mechanisms, while addressing the need for a cohesive understanding of their roles in various therapeutic contexts, including anti-tumor and neuroprotective functions.
Methods
The section outlines the classification and preparation methods of polysaccharide nanocarriers, emphasizing their structural characteristics and application potential in drug delivery and food enhancement. Polysaccharide nanocarriers, typically submicron in size, are categorized based on their structural features rather than size alone. Key types include polysaccharide nanoparticles, nanomicelles, nanovesicles, and composite nanocarriers, each employing different mechanisms for drug encapsulation and delivery. For instance, nanoparticles are formed through physical crosslinking or chemical polymerization, while nanomicelles utilize self-assembly of amphiphilic polysaccharides to create core-shell structures that enhance drug solubility and biocompatibility.
The preparation methods for these nanocarriers are diverse, including self-assembly, acid hydrolysis, covalent cross-linking, graft copolymerization, enzymatic catalysis, and composite construction. Each method leverages specific interactions and conditions to achieve desired structural and functional properties. For example, self-assembly relies on hydrophobic interactions and hydrogen bonding, while acid hydrolysis involves controlled cleavage of glycosidic bonds to form nanoparticles of targeted sizes. Covalent cross-linking enhances mechanical strength and stability, and graft copolymerization allows for the creation of amphiphilic structures that optimize drug loading. Enzymatic methods offer environmentally friendly alternatives for precise degradation and modification of polysaccharides, enabling the formation of nanoparticles with tailored characteristics. Overall, the methods discussed provide a comprehensive framework for developing effective polysaccharide-based nanocarriers for various applications.
Discussion
In the discussion of polysaccharide-based nanocarriers, the paper highlights the structural diversity and functional capabilities of various polysaccharides, emphasizing their potential in drug delivery systems. Chitosan, a cationic polysaccharide, demonstrates significant advantages in oral drug delivery due to its biocompatibility, pH stability, and ability to form stable complexes with negatively charged drugs and nucleic acids. Its structural features, particularly the reactivity of amino and hydroxyl groups, facilitate efficient drug loading, controlled release, and enhanced bioavailability. Similarly, hyaluronic acid (HA) is noted for its targeting capabilities via CD44 receptor interactions, making it particularly effective in tumor therapy. The paper describes innovative applications of HA in drug delivery systems, including the development of nanomicelles that release drugs in response to acidic environments, thereby enhancing therapeutic efficacy.
Dextran and fructan are also discussed as promising polysaccharide nanocarriers. Dextran’s structural characteristics allow for self-assembly and modification, enhancing its stability and biological performance in drug delivery and cancer therapy. Fructans, with their unique glycosidic bonds and hydroxyl groups, can self-assemble into nanoparticles, providing a surfactant-free approach to carrier preparation. The paper concludes by summarizing the functional disparities among polysaccharide nanocarriers, linking their intrinsic structural features to specific targeting mechanisms and drug delivery applications. Overall, the findings underscore the versatility of polysaccharide-based nanocarriers in enhancing drug delivery efficiency and targeting precision across various therapeutic contexts.
Limitations
The section on limitations highlights several critical challenges facing polysaccharide-based nanocarriers in clinical applications, despite their advantages in biocompatibility, biodegradability, and targeted delivery. A primary concern is the inherent variability in the physicochemical properties of polysaccharides, influenced by factors such as molecular weight, degree of branching, and solubility, which complicates reproducibility and scalable production. This variability hinders the ability to meet standardization requirements necessary for clinical use and disrupts the delicate balance between drug loading and controlled release, particularly for hydrophobic drugs. Consequently, issues such as initial burst release and mismatched release kinetics can compromise therapeutic efficacy and increase toxicity risks due to off-target drug leakage.
Furthermore, polysaccharide nanocarriers may provoke unintended immune responses, leading to immunogenic reactions or local inflammation, which further challenges their biocompatibility. The lack of systematic evaluation of biosafety, in vivo pharmacokinetics, and long-term toxicity data presents significant regulatory hurdles for clinical approval. Additionally, existing strategies for targeting ligand modification often fall short in efficiency and are susceptible to clearance by biological barriers, limiting effective drug accumulation at target sites. The complex preparation and modification processes also contribute to high production costs, which impede the transition of these nanocarriers from laboratory research to clinical practice. Addressing these limitations through material modification, process optimization, and interdisciplinary collaboration is essential for advancing the clinical applicability of polysaccharide-based nanocarriers.