DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-52920-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42310329
تاريخ النشر: 2026-06-17
المؤلف: Abeer Salama وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة توصيل الأدوية المتقدمة
نظرة عامة
تركز البحث على تعزيز التوافر البيولوجي والفعالية العلاجية للفلافونويد الهيدروفوبي روتين، المعروف بخصائصه الواقية للأعصاب، من خلال تطوير نظام جديد لتوصيل الأدوية. نجحت الدراسة في صياغة جزيئات نانوية هجينة محملة بالروتين باستخدام بولي كابرو لاكتون وGeleol™ أو Captex®، حيث أظهرت الصيغة المحسنة (F4) حجم جزيئات نانوية يبلغ 226.9 ± 38 نانومتر وكفاءة احتجاز تبلغ 78.84 ± 6.1%. تم تطبيق طلاء وظيفي من الجلوكوزامين وهيدروكلوريد الكيتوزان لتحسين الالتصاق البيولوجي والتفاعل الخلوي. أظهرت ملفات الإفراج أن الصيغ حسنت بشكل كبير من إفراز الروتين مقارنة بالروتين الحر.
كشفت التقييمات العلاجية في نموذج الفئران المصابة بالفصام الناتج عن الكوبريزون أن كلا من الصيغ المحملة بالروتين (F4 و CF4) حسنت الالتهاب العصبي، وزادت من مستويات بروتين المايلين الأساسي (MBP) ونيوروجولين 1 (NRG1)، واستعادت المايلين. بالإضافة إلى ذلك، قامت الصيغ بتعديل مسارات الدوبامين والجلوتامات، مما يعالج الاختلالات المعرفية والعصبية الكيميائية المرتبطة بالفصام. ومن الجدير بالذكر أن صيغة CF4 ذات الطلاء الوظيفي أظهرت فعالية متفوقة مقارنة بكل من F4 والروتين الحر. بينما تسلط النتائج الضوء على إمكانيات هذا النظام للتوصيل في العلاجات العصبية غير الغازية، هناك حاجة لمزيد من البحث لتقييم الديناميكا الدوائية، وامتصاص الدماغ، وقابلية التطبيق السريري لضمان خيارات علاجية آمنة وفعالة للفصام.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد متنوعة، بما في ذلك الروتين المستخرج من شركة كايرة للأدوية في مصر، وهيدروكلوريد الكيتوزان بوزن جزيئي يقارب 50,000 دالتون من شركة Zhejiang Chemicals Corporation في الصين. بالإضافة إلى ذلك، تم توفير الجلوكوزامين بسخاء من شركة ميبكو، مصر. تشمل المواد الرئيسية الأخرى بولي كابرو لاكتون (PCL، الوزن الجزيئي ~ 14,000 دالتون)، بولي فينيل كحول (PVA)، وأغشية ديلزة السليلوز (حد الوزن الجزيئي 14,000 جرام/مول)، جميعها تم الحصول عليها من Sigma-Aldrich، سانت لويس، الولايات المتحدة الأمريكية. تم تزويد Geleol™ من قبل شركة Gattefosse، فرنسا، بينما تم الحصول على Tween® 80 من شركة النصر، مصر. جميع المذيبات المستخدمة في التجارب كانت من درجة HPLC.
لإجراءات التجارب، تم استخدام مجموعات ELISA متنوعة لقياس علامات حيوية محددة، بما في ذلك بروتين المايلين الأساسي (MBP)، إنترلوكين-6 (IL-6)، الدوبامين، الجلوتامات، N-methyl-d-aspartate (NMDA)، ونيوروجولين-1 (NRG1)، والتي تم شراؤها من شركة Sunlong، الصين. ساهم الجمع بين هذه المواد والأساليب في التحقيق في أهداف الدراسة، على الرغم من عدم تفصيل بروتوكولات التجارب المحددة في هذا القسم.
النتائج
يقدم قسم النتائج في الدراسة تقييمًا إحصائيًا شاملاً للنتائج الهيستوباثولوجية عبر مجموعات العلاج المختلفة، باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه واختبار LSD لفشر للمقارنات، مع تحديد عتبة الدلالة عند \( p < 0.05 \). لم تظهر مجموعة التحكم العادية أي تغييرات هيستوباثولوجية في القشرة الدماغية، الحصين، أو العقدة. في المقابل، أظهرت مجموعة المعالجة بالكوبريزون تدهورًا عصبيًا كبيرًا، يتميز بتكثف نووي وتكوين لويحات إيوزينوفيلية في القشرة الدماغية والعقدة. كما أظهرت مجموعة التحكم الفارغة تغييرات تنكسية مماثلة. قامت الدراسة أيضًا بتقييم آثار الصيغ المختلفة، وكشفت أن الصيغة النانوية المغلفة بالروتين CF4 لم تظهر أي تغييرات هيستوباثولوجية في القشرة الدماغية، الحصين، أو العقدة، مما يشير إلى تأثير واقي عصبي. بالمقارنة، أظهر الدواء الحر وصيغة F4 درجات متفاوتة من التدهور العصبي. أكدت التحليلات الكيميائية الحيوية هذه النتائج، حيث أظهرت أن CF4 أدت إلى تقليل مستويات الجلوتامات والدوبامين وIL-6، إلى جانب ارتفاع مستويات MDA وNRGα وMBP، مما يشير إلى تعزيز الحماية العصبية وإعادة المايلين. تؤكد النتائج على أهمية معلمات الصيغة في تحسين توصيل الدواء عبر الحاجز الدموي الدماغي (BBB)، مع إمكانية صيغة CF4 في تخفيف أعراض الفصام في نموذج الحيوان. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالحاجة إلى مزيد من الدراسات حول الديناميكا الدوائية والتوزيع الحيوي لتوضيح سلوك الصيغة في الجسم الحي وفعالية الاستهداف بشكل كامل.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تحضير جزيئات نانوية هجينة (NPs) محملة بالروتين بنجاح باستخدام تقنية تبخر المذيب المستحلب، مع تضمين بولي كابرو لاكتون (PCL)، والدهون (Geleol™ أو Captex®)، والروتين. تم تصنيف الصيغ من حيث حجم الجسيمات، ومؤشر التوزيع المتعدد (PDI)، وكفاءة الاحتجاز (EE). أظهرت النتائج أن الصيغ الهجينة أظهرت أحجام جسيمات مخفضة بشكل كبير (تتراوح من 226.9 ± 38 نانومتر إلى 727.2 ± 73 نانومتر) وقيم EE عالية (تصل إلى 80.2 ± 4.7%)، خاصة مع إضافة Tween® 80 كعامل مساعد، مما عزز الاستحلاب واحتجاز الروتين. أظهرت الصيغة المختارة (F4) خصائص مثالية وتم طلاءها لاحقًا بمزيج من الكيتوزان والجلوكوزامين لتحسين الخصائص اللاصقة للمخاط.
كشفت دراسات الإفراج في المختبر أن الصيغة المغلفة (CF4) أظهرت إفراجًا أبطأ وأكثر تحكمًا للروتين مقارنةً بـ F4 غير المغلفة، مع نسب إفراج تراكمية بلغت 59.10 ± 4.3% و64.78 ± 5.8% على التوالي بعد 8 ساعات. أشارت نمذجة الديناميكا إلى أن آلية الإفراج اتبعت نموذج بيباس، مما يشير إلى سلوك إفراج غير طبيعي. علاوة على ذلك، أظهرت التقييمات في الجسم الحي في ذكور الفئران السويسرية أن العلاجات باستخدام الروتين الحر وF4 وCF4 زادت بشكل كبير من مستويات بروتين المايلين الأساسي (MBP) في الدماغ، حيث أظهرت CF4 أكبر تعزيز (زيادة بنسبة 402%) مقارنةً بمجموعة التحكم المعالجة بالكوبريزون، التي منعت مستويات MBP. تشير هذه النتائج إلى أن جزيئات النانو الهجينة المحملة بالروتين التي تم تطويرها قد تقدم استراتيجية واعدة لتعزيز توصيل الدواء وفعاليته في علاج الحالات المرتبطة بنقص المايلين، مثل الفصام.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-52920-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42310329
Publication Date: 2026-06-17
Author(s): Abeer Salama et al.
Primary Topic: Advanced Drug Delivery Systems
Overview
The research focuses on enhancing the bioavailability and therapeutic efficacy of the hydrophobic flavonoid rutin, known for its neuroprotective properties, through the development of a novel drug delivery system. The study successfully formulated rutin-loaded polymer/lipid hybrid nanoparticles using polycaprolactone and Geleol™ or Captex®, with the optimized formulation (F4) demonstrating a nanoparticle size of 226.9 ± 38 nm and an entrapment efficiency of 78.84 ± 6.1%. A functional coating of glucosamine and chitosan hydrochloride was applied to improve bioadhesion and cellular interaction. Release profiles indicated that the formulations significantly enhanced rutin release compared to free rutin.
Therapeutic assessments in a cuprizone-induced schizophrenia mouse model revealed that both the rutin-loaded formulations (F4 and CF4) improved neuroinflammation, increased brain levels of myelin basic protein (MBP) and neuregulin 1 (NRG1), and restored myelination. Additionally, the formulations modulated dopamine and glutamate pathways, addressing cognitive and neurochemical imbalances associated with schizophrenia. Notably, the surface-functionalized CF4 formulation exhibited superior efficacy compared to both F4 and free rutin. While the findings highlight the potential of this delivery system for non-invasive neurological treatments, further research is necessary to evaluate pharmacokinetics, brain uptake, and clinical applicability to ensure safe and effective therapeutic options for schizophrenia.
Methods
In this study, various materials were utilized, including Rutin sourced from Kahira Pharmaceutical Company in Egypt, and chitosan hydrochloride with a molecular weight of approximately 50,000 Da from Zhejiang Chemicals Corporation in China. Additionally, glucosamine was generously provided by Mepaco, Egypt. Other key materials included polycaprolactone (PCL, Mwt ~ 14,000 Da), polyvinyl alcohol (PVA), and cellulose dialysis membranes (molecular weight cutoff 14,000 g/mol), all obtained from Sigma-Aldrich, St. Louis, USA. Geleol™ was supplied by Gattefosse Co., France, while Tween® 80 was acquired from El-Nasr Co., Egypt. All solvents used in the experiments were of HPLC grade.
For the experimental procedures, various ELISA kits were employed to measure specific biomarkers, including myelin basic protein (MBP), interleukin-6 (IL-6), dopamine, glutamate, N-methyl-d-aspartate (NMDA), and Neuregulin-1 (NRG1), which were purchased from Sunlong Co., China. The combination of these materials and methods facilitated the investigation of the study’s objectives, although specific experimental protocols were not detailed in this section.
Results
The results section of the study presents a comprehensive statistical evaluation of the histopathological findings across different treatment groups, utilizing one-way ANOVA and Fisher’s LSD test for comparisons, with a significance threshold set at \( p < 0.05 \). The normal control group exhibited no histopathological alterations in the cerebral cortex, hippocampus, or striatum. In contrast, the CPZ-treated group displayed significant neuronal degeneration, characterized by nuclear pyknosis and eosinophilic plaque formations in the cerebral cortex and striatum. The blank control group also showed similar degenerative changes. The study further assessed the effects of various formulations, revealing that the rutin-coated nanoformula CF4 demonstrated no histopathological alterations in the cerebral cortex, hippocampus, or striatum, indicating a neuroprotective effect. In comparison, the free drug and the F4 formulation exhibited varying degrees of neuronal degeneration. Biochemical analyses corroborated these findings, showing that CF4 led to reduced levels of glutamate, dopamine, and IL-6, alongside elevated levels of MDA, NRGα, and MBP, suggesting enhanced neuroprotection and remyelination. The results underscore the importance of formulation parameters in improving drug delivery across the blood-brain barrier (BBB), with the potential for the CF4 formulation to mitigate schizophrenia-like symptoms in the animal model. However, the study acknowledges the need for further pharmacokinetic and biodistribution studies to fully elucidate the formulation's in vivo behavior and targeting efficacy.
Discussion
In this study, hybrid nanoparticles (NPs) loaded with rutin were successfully prepared using the emulsion solvent evaporation technique, incorporating polycaprolactone (PCL), lipids (Geleol™ or Captex®), and rutin. The formulations were characterized for particle size, polydispersity index (PDI), and entrapment efficiency (EE). Results indicated that the hybrid formulations exhibited significantly reduced particle sizes (ranging from 226.9 ± 38 nm to 727.2 ± 73 nm) and high EE values (up to 80.2 ± 4.7%), particularly with the addition of Tween® 80 as a co-surfactant, which enhanced emulsification and rutin entrapment. The selected formulation (F4) demonstrated optimal characteristics and was further coated with a chitosan and glucosamine blend to improve mucoadhesive properties.
In vitro release studies revealed that the coated formulation (CF4) exhibited a slower and more controlled release of rutin compared to the uncoated F4, with cumulative release percentages of 59.10 ± 4.3% and 64.78 ± 5.8% respectively after 8 hours. Kinetic modeling indicated that the release mechanism followed the Peppas model, suggesting an anomalous release behavior. Furthermore, in vivo evaluations in male Swiss mice indicated that treatments with free rutin, F4, and CF4 significantly increased myelin basic protein (MBP) levels in the brain, with CF4 showing the most substantial enhancement (402% increase) compared to the control group treated with cuprizone, which inhibited MBP levels. These findings suggest that the developed rutin-loaded hybrid nanoparticles may offer a promising strategy for enhancing drug delivery and efficacy in treating conditions associated with myelin deficiencies, such as schizophrenia.