Near-infrared Light-driven Mucus-inert Janus Nanomotors for Efficient Mucus Penetration

doi:10.7503/cjcu20220759

Abstract

Abstract:

The mucus layer is a crucial immune barrier located on the mucosal epithelial surface， which adheres foreign particles through the electrostatic and hydrophobic interactions， and thus hinders the mucus penetration of drug-loaded nanoparticles. Herein， a near-infrared-driven mucus-inert Janus nanomotor（JMSNs-pCBMA） was synthesized for the transmucosal delivery， based on the mesoporous silica nanoparticles， super hydrophilic zwitterionic poly carboxybetaine methacrylate（pCBMA） grafting， and gold depositing on the half surface. The transmission electron microscopy（TEM）， Fourier transform infrared spectrophotometer（FTIR）， energy dispersive X-ray spectrometry（EDX） and thermogravimetric analysis showed that JMSNs-pCBMA was synthesized with hydrodynamic size of （329±14） nm and pCBMA grafting density of 0.114 g/g. JMSNs-pCBMA exhibited the excellent ability to increase temperature rapidly under near-infrared light irradiation. The mucus-containing Transwell experiments showed that both of the pCBMA grafting and near-infrared light irradiation improved the permeability of nanomotor in mucus， and penetration percentage of JMSNs-pCBMA in mucus reached 52.4% in 4 h with an apparent permeability coefficient of 21.9×10^-6 cm/s. In addition， the speed of JMSNs-pCBMA in mucus under near-infrared light irradiation reached 3.28 μm/s. In vitro cell experiments showed that JMSNs-pCBMA had good biocompatibility and could be endocytosed effectively by Calu-3 cells. In conclusion， a novel near-infrared light-driven nanomotor with fast mucus penetration and effective mucosal epithelial cell uptake was obtained for transmucosal delivery， and the experimental results would benefit the design and application of nanocarriers in the diagnosis， treatment and imaging of mucosal-related diseases.

Key words: Nanomotor, Zwitterionic polymer, Mucus barrier, Near-infrared light-driven

CLC Number:

O622

TrendMD:

LIU Ling, JI Fa, YU Linling, SUN Yan. Near-infrared Light-driven Mucus-inert Janus Nanomotors for Efficient Mucus Penetration[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20220759.

Figures/Tables 8

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Nanoparticle	MSNs⁃NH₂^*	MSNs⁃pCBMA^*	JMSNs	JMSNs⁃pCBMA
Hydrodynamic size/nm	206±22	313±7	248±6	329±14
Zeta potential/mV	24.4±1.1	14.8±0.2	16.4±0.1	8.9±0.7

Nanoparticle	MSNs⁃NH₂^*	MSNs⁃pCBMA^*	JMSNs	JMSNs⁃pCBMA
Hydrodynamic size/nm	206±22	313±7	248±6	329±14
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