Hyaluronan nanoplatelets exhibit extended residence time compared to spherical and ellipsoidal nanomaterials with equivalent surface potentials and volumes after oral delivery in rats
Résumé
The physicochemical properties of colloidal particles—such as size, surface properties, and morphology—play a crucial role in determining their behaviors and transit through the gastrointestinal (GI) tract. While some data exist for nonspherical nanomaterials (NMs) composed of silica or polystyrene, there is limited understanding of NMs composed of polysaccharides and polymers. This study explores the fate and GI tract residence time of hyaluronan-based NMs with distinctive hexagonal morphology and flat surfaces (nanoplatelets) following administration to rats. The behavior of these nanoplatelets was compared to NMs with spherical and ellipsoidal morphologies. The three types of NMs were labeled with a near-infrared dye (Cy5.5) and administered in single doses to healthy rats, followed by real-time in vivo imaging over 24 hours. The results revealed that altering NM morphology from spherical to ellipsoidal did not significantly affect GI tract residence time or toxicity profiles in vitro and in vivo. However, nanoplatelets exhibited a stronger Cy5.5 fluorescence signal in the abdominal region and demonstrated slower gastric emptying than spherical and ellipsoidal NMs. Ex vivo analysis of excised GI tracts rinsed with saline indicated that nanoplatelets adhered more effectively to the tightly bound mucus layer. Furthermore, histological examination of colon sections showed that nanoplatelets induced a minimal global inflammation score comparable to that of healthy rats. This study underscores the potential of hyaluronan-based nanoplatelets for oral administration, offering promising directions for both fundamental research and practical applications in nanomedicine.
Les propriétés physicochimiques des particules colloïdales, telles que la taille, les propriétés de surface et la morphologie, jouent un rôle crucial dans la détermination de leur comportement et de leur transit à travers le tractus gastro-intestinal (GI). Bien que certaines données existent pour les nanomatériaux (NMs) non-sphériques composés de silice ou de polystyrène, la compréhension des NMs composés de polysaccharides et de polymères demeure limitée. Cette étude explore le devenir et le temps de résidence dans le tractus GI des NMs à base d'hyaluronane ayant une morphologie hexagonale et des surfaces planes (nanoplaquettes, NPs) après administration chez des rats. Le comportement de ces NPs a été comparé à celui des NMs ayant des morphologies sphériques (NSs) et ellipsoïdales (E-NMs). Les trois types de NMs ont été marqués avec un marqueur émettant dans le proche infrarouge (Cy5.5) et administrés en doses uniques à des rats sains, suivis d'une imagerie in vivo en temps réel sur 24 h.
Les résultats ont révélé que la modification de la morphologie en passant de sphérique à ellipsoïdale n'affectait pas significativement le temps de résidence dans le tractus GI ni les profils de toxicité in vitro et in vivo. Cependant, les NPs ont montré un signal de fluorescence de la Cy5.5 plus fort dans la région abdominale et ont présenté un ralentissement de la vidange gastrique par rapport aux NSs et E-NMs. L'examen histologique des sections du côlon a montré que les NPs induisaient un score d'inflammation globale minimal comparable à celui des rats sains.