超声何时及如何增强纳米粒子在水凝胶中的扩散：一种粘附-释放机制
软凝聚态物质
2025-11-13 v2
摘要
纳米粒子（NPs）因其通过增强渗透与滞留效应在肿瘤组织中积累的能力，被广泛用作癌症治疗中的药物载体。然而，它们在肿瘤内部的传输常受到致密细胞外基质的阻碍，其中扩散占主导地位。多项研究表明，超声（US）辐照可以增强纳米粒子在模拟细胞外基质的水凝胶中的扩散，但其背后的分子机制仍不清楚，且实验结果常常相互矛盾。在此，我们使用粗粒化朗之万动力学模拟来研究超声在何种条件下可以增强纳米粒子在水凝胶中的扩散。在针对稀缓冲液中超声作用下纳米粒子运动的精确解析解验证了我们的模拟框架后，我们系统地探索了在不同程度的纳米粒子-网络吸引力下水凝胶中的纳米粒子扩散。我们的结果揭示，声学增强源于纳米粒子与水凝胶基质之间接触时间的减少。只有当纳米粒子-水凝胶相互作用足够强且超声脉冲足够长以破坏这些相互作用时，这种效应才会变得显著，遵循一种“粘附-释放”机制。这些发现调和了先前相互矛盾的实验观察，并解释了为何声学增强在某些研究中被观察到而在另一些研究中没有。总体而言，我们的研究为超声增强纳米粒子在水凝胶中的扩散提供了分子层面的解释，并为优化药物递送应用中的治疗性超声方案确立了设计原则。
引用
@article{arxiv.2508.08918,
title = {When and How Ultrasound Enhances Nanoparticle Diffusion in Hydrogels: A Stick-and-Release Mechanism},
author = {Pablo M. Blanco and Hedda H. Rønneberg and Rita S. Dias},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.08918},
year = {2025}
}