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Targeted delivery of berberine using bionic nanomaterials for Atherosclerosis therapy - 21/08/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.117135 
Haopeng Wu a, Lei Zhang a, Xiaokang Dong a, Jie Yang a, Liang Zheng a, Lei Li a, Xiujuan Liu a, Meiying Jin c, Peng Zhang b,
a Department of Cardiovascular, Affifiliated Hospital of Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250014, China 
b College of traditional Chinese medicine, Binzhou Medical University, Yantai 264000, China 
c Yantai Affiliated Hospital of Binzhou Medical College, Yantai 264000, China 

Corresponding author.

Abstract

Atherosclerosis (AS) is a prevalent chronic vascular inflammatory disease globally, initiated by injury to vascular endothelial cells (VECs). Macrophages play a pivotal role in disease pathogenesis, involving lipid metabolism and inflammation. The application of nanomaterials has been hindered by their rapid clearance by the immune system. Utilizing macrophage cell membranes can mitigate abnormal immune responses and induce a "homing" effect. Here, M2 macrophage cell membranes (M2) were coated onto berberine polylactic-hydroxylase-polylactide (PLGA) nanoparticles (BBR NPs), employing M2 macrophage immune escape, "homing" ability, and membrane coating nanotechnology, and loaded with mannose (Man) to create bionic nanoparticles (BBR NPs@Man/M2). Subsequently, the physical properties of BBR NPs@Man/M2 were characterized. The biocompatibility and biological function of BBR NPs@Man/M2 were assessed in vitro. Finally, the targeting, therapeutic efficacy, and safety of BBR NPs@M2 were investigated in an AS mouse model. The newly developed BBR NPs@Man/M2 exhibited good biocompatibility. Owing to their M2 coating, the nanoparticles effectively targeted macrophages in vitro, inducing a shift from a pro-inflammatory to an anti-inflammatory state. This transition reduced inflammation in endothelial cells and facilitated the repair of damaged endothelial cells. Moreover, M2-coated nanoparticles efficiently targeted and accumulated in atherosclerotic lesions in vivo. Following four weeks of treatment, BBR NPs@Man/M2 significantly delayed AS progression. Furthermore, BBR NPs@Man/M2 demonstrated a good safety profile after long-term administration. In conclusion, BBR NPs@Man/M2 effectively and safely inhibited AS progression. Biomimetic nanoparticles represent a promising approach for the safe and effective delivery of anti-AS drugs.

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Graphical Abstract




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Highlights

Berberine nanoparticles coated with M2 macrophage cell membrane were developed.
Effectively accumulate nanoparticles in atherosclerotic AS lesions through dual targeting.
Reduce endothelial cell inflammation and promote the repair of damaged endothelial cells.
It shows good biocompatibility and good safety after long-term administration.

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Keywords : AS, Macrophage cell, Berberine, Inflammatory


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