研究人员发现，水首次与纳米粒子表面结合的方式决定了该粒子能否保持稳定、触发免疫防御，或是在体内不被察觉地移动。
这一发现揭示了可测量的物理信号，有助于科学家预测哪些纳米药物能够存活足够长的时间以递送药物。
纳米粒子和水
涂覆有生物材料的氧化铁纳米粒子，在水分接触其表面的瞬间表现出截然不同的行为。
亚利桑那州立大学的克里斯蒂娜·利洛娃通过检测这些涂覆粒子证明，首次水相互作用的强度反映了该粒子在生物液体中可能的行为。强烈吸引水的表面会暴露出结构细节，如不均匀覆盖或分子重排，这些都会塑造后续的生物相互作用。这些早期信号决定了纳米粒子是在体内安全循环，还是在到达目标前消失。
关键衡量指标
关键的测量指标是水合焓，即水附着表面时释放的热量，它捕捉了这些差异。较强的水合焓值意味着水找到了渴望的结合位点，而较弱的值则指向较松散的接触和更容易的重排。由于体液作为拥挤的液体与粒子相遇，这第一次能量交换会塑造后续与蛋白质的接触。因此，在载体到达组织之前获取的数值可以警告说，一个精心设计的设计在生物学介入后可能会失败。
蛋白质外壳问题
蛋白质涂层对水的第一次拉力最强，这听起来很有用，直到表面开始出现薄弱点。然而，这些粒子吸收的总水量较少，表明氧化铁核心的部分区域仍然暴露。“蛋白质层增加了纳米复合物的相互作用潜力，”利洛娃说。斑块状的暴露会促进调理素（标记外来物质以便清除的蛋白质），从而在到达目标之前缩短循环时间。
淀粉保持松散
淀粉的表现则不那么激进，它铺展出一个宽阔的亲水表面，而没有产生同样强的拉力。这种较弱的接触表明涂层可以更轻松地结合和释放，因为载体沿着细胞膜刷过。外壳可能保持更灵活，从而降低接触时对健康细胞的损伤。因此，较软的外壳可能有助于耐受性，但也可能让设计者对载体最终沉积的位置控制力下降。
脂肪酸的意外表现
月桂酸带来了最大的惊喜，因为一种通常排斥水的材料在粒子上变得强烈亲水。一旦附着在氧化铁上，分子重新排列成部分双层结构，一层朝内，另一层朝外。“脂肪酸形成了部分双层结构，具有非常强的亲水性，”利洛娃说。这种反转可能让脂肪酸涂层在体液中比其油腻的名声所暗示的更具持久力。
血液何时注意到
在血液和其他液体中，没有任何纳米粒子在进入体内后能长时间保持裸露。蛋白质聚集形成蛋白冠，即覆盖在体液中粒子的外壳，而这层外壳成为身体的真正目标。表面斑块、灵活性和水吸引力都会影响哪些蛋白质首先附着以及附着得多牢固。这就是为什么两个携带相同药物的载体可能引发非常不同的免疫反应或以不同速度消失。
临床为何关注
纳米医学已不再是推测性的，因为几种基于纳米粒子的癌症治疗方法已在患者中使用。尽管如此，许多新载体仍然令人失望，因为体液在其到达病变组织之前就改变了它们的表面。当这些系统保持完整时，它们可以降低毒性并更精确地在体内递送药物。对表面行为的早期更好解读，可以帮助更多设计成功完成从实验室到临床的旅程。
设计规则
对于开发者来说，信息很简单：涂层很重要，但水的反应可能更重要。这种反应将化学、结构和表面覆盖度整合为一个数字，工程师可以在动物试验开始前进行比较。美国食品药品监督管理局的指导方针将尺寸变化、聚集和表面特性视为纳米材料的核心安全问题。一个能够预测这些风险的早期筛查，可以节省时间、减少浪费并提高制造过程中的一致性。
纳米粒子、水与未来
这项研究聚焦于干粉涂覆粒子和少量模型表面，而非完整的载药载体在活体组织中的情况。这种狭窄的设定使得首次水接触更容易被隔离，但它无法捕捉血液中的每一种盐、蛋白质和力。不同的肿瘤、发炎组织和健康器官也会创造不同的化学环境，因此一种涂层无法适应所有情况。未来的研究需要将这些表面测量与实际循环时间、剂量和治疗结果联系起来。
精准医学依赖于最小尺度上的控制，而这项研究表明，控制始于水，而非药物。如果研究人员能够可靠地调节这第一次接触，更安全且更可预测的纳米粒子治疗将变得更容易构建。
该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。
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