脑靶向纳米载体材料研究进展

王彬辉，章文红*，张晓芬，贺露佳，吴 敏

0 引言

血脑屏障的存在可避免毒素、病毒等有害物质的侵害，对大脑形成保护，但亦限制药物入脑，影响治疗。纳米粒(Nanoparticle，NP)具有小粒子特征，易穿透血脑屏障，实现脑靶向。制备纳米粒的关键是载体材料，理想的载体材料应具有靶向、缓控释、毒副反应少等特点。载体材料种类、制备方法、纳米粒粒径、表面修饰等是影响其脑靶向性的重要因素。本文就PLA、PLGA、PCL、PBCA、PAMAM、CS等作为载体材料制备的纳米粒入脑情况进行综述，并重点探讨纳米粒粒径大小、表面修饰等对入脑的影响。

1 聚乳酸

聚乳酸(Polylactic acid，PLA)的制备方法主要有复乳化-溶剂挥发法、乳化-溶剂挥发法、沉积法、溶剂扩散-挥发法、复乳法等。

包强等[1]采用复乳化-溶剂挥发法制备了4组NT-I-PLA-NP，平均粒径分别为70.4、127.8、266.8、322.5 nm，Zeta电位分别为-9.94、-14.91、-12.87、-21.36 mV。以大鼠尾静脉注射NT-I-PLA-NP为对照，大鼠鼻腔给NT-I-PLA-NP为实验，考察粒径对NP入脑的影响。结果显示，70.4、127.8、266.8、322.5 nm NT-I-PLA-NP的Cmax分别为24.89、21.64、18.25、16.37、14.95 μg/L，表明粒径对NP入脑有较明显影响，粒径<100 nm时，可明显增加NT-I脑内浓度。

Xia等[2]采用乳化-溶剂挥发法制备PEG-PLA-NP，平均粒径：90 nm，Zeta电位：-20.5 mV，经CPPS修饰的PEG-PLA-NP平均粒径：100 nm，Zeta电位：-4.42 mV。大鼠药动学及小鼠组织分布显示CPPS修饰的PEG-PLA-NP可显著蓄积于脑靶部位。

王华芳等[3]采用沉积法制备空白PLA-NP，平均粒径：162.1 nm，Zeta电位：-29.52 mV，经荧光标记后的空白PLA-NP Zeta电位：-13.4 mV，经P-80修饰后的荧光标记空白PLA-NP Zeta电位：-10.17 mV，Zeta电位分别较空白PLA-NP正移54.6%和65.5%。小鼠尾静脉分别注射荧光标记空白PLA-NP、P-80修饰的荧光标记空白PLA-NP，考察P-80修饰对NP入脑的影响。结果显示，P-80修饰的荧光标记空白PLA-NP注射45 min后，脑组织荧光强度达到峰值(221.5)，4 h后荧光强度仍可达最大值的65%；而未经P-80修饰的荧光标记空白PLA-NP尾静脉注射10 min后，脑组织荧光强度就达到峰值(92.6)，4 h后荧光强度仅为最大值的34.8%。通过荧光强度可知，P-80修饰的荧光标记空白PLA-NP入脑量是未经P-80修饰的荧光标记空白PLA-NP的2.4倍。表明经P-80修饰后，PLA-NP既有缓释作用，又可以增加入脑量。

边俊杰等[4]采用溶剂扩散-挥发法制备CS、P-80、冰片薄荷低共熔物等多重修饰的茴拉西坦-PLA-NP，平均粒径：141.5 nm，Zeta电位：20.4 mV。体外释药实验显示，经多重修饰的茴拉西坦-PLA-NP在pH 7.4、pH 4.0的PBS中2 h释药量达70%，24 h释药量约为88%，表明经多重修饰的茴拉西坦-PLA-NP有缓释作用。

Zhang等[5]采用复乳法制备了CS修饰的NT-PLA-NP，平均粒径：140.5 nm，Zeta电位：33.71 mV。大鼠鼻腔给药后，测定PAG部位NT浓度，结果显示，鼻腔给药150 min后，PAG部位药物浓度即达峰值，CS修饰的NT-PLA-NP的Cmax及AUC0～8 h均高于NT-PLA-NP，绝对生物利用度为NT-PLA-NP的151%，表明经过CS修饰的NT-PLA-NP经鼻黏膜给药后大鼠脑内药物浓度明显提高。

2 乳酸-羟基乙酸共聚物

乳酸-羟基乙酸共聚物(Poly lactic-co-glycolic acid，PLGA)的制备方法主要有复乳化-溶剂挥发法、双乳化溶剂挥发法。

李范珠等[6]采用复乳化-溶剂挥发法制备NT-PLGA-NP，平均粒径：320.2 nm，Zeta电位：-13.4 mV。体外释药实验显示：经P-80和冰片修饰的NT-PLGA-NP 24 h释药量达92.06%，而未修饰的NT-PLGA-NP 24 h释药量<60%。大鼠鼻粘膜给药后发现，用P-80和冰片修饰的NT-PLGA-NP在大鼠体内半衰期为34.82 h，而未修饰的NT-PLGA-NP在大鼠体内半衰期为44.14 h。结果显示，经P-80和冰片修饰的较未修饰NT-PLGA-NP半衰期及释药时间均明显缩短。表明P-80和冰片修饰NT-PLGA-NP后可促进药物释放。

Chen等[7]采用复乳化-溶剂挥发法制备siRNA-PLGA-NP，平均粒径：96.59 nm，Zeta电位：-9.11 mV，经EGFP-EGF1修饰的siRNA-PLGA-NP平均粒径：106.08 nm，Zeta电位：-11.15 mV。大鼠脑微血管内皮细胞(BMECs)实验显示，与siRNA-PLGA-NP相比，EGFP-EGF1-siRNA-PLGA-NP能更好地被BMECs吸收，BMECs表达组织因子mRNA水平明显降低，且与lipofectamine 2000转染相比，EGFP-EGF1-siRNA-PLGA-NP细胞毒性更低，表明EGFP-EGF1修饰的PLGA-NP能有效递送siRNA至BMECs。

Yan等[8]采用双乳化溶剂挥发法制备了胰岛素-PLGA-NP，平均粒径：189 nm，Zeta电位：-10.4 mV，经TAT修饰的胰岛素-PLGA-NP平均粒径稍微表达，Zeta电位：+11.3 mV。体外释药实验显示，Tat-胰岛素-PLGA-NP 24 h释药量为23%。体外Caco-2细胞吸收实验显示，Tat-胰岛素-PLGA-NP细胞摄取为胰岛素-PLGA-NP的4.5倍。大鼠鼻腔给药后显示，Tat-胰岛素-PLGA-NP在大脑和嗅球的含量分别为3.36%、2.64%，而胰岛素-PLGA-NP在大脑和嗅球的含量只有0.95%和0.405%，结果表明，经细胞穿膜肽修饰的PLGA-NP具有潜在提高大分子物质入脑的能力。

张海燕等[9]采用复乳化-溶剂挥发法制备栀子苷-PLGA-NP，平均粒径：150.2 nm，Zeta电位：-12.0 mV，经CS修饰的栀子苷-CS-PLGA-NP平均粒径：204.3 nm，Zeta电位：5.1 mV。体外释药实验显示，栀子苷-CS-PLGA-NP 5 d释药量达70%，栀子苷-PLGA-NP 5 d释药量为58%，而栀子苷溶液2 h释药量接近100%。大鼠鼻腔给药后发现，栀子苷-CS-PLGA-NP给药120 min后,脑血药浓度达峰值(约30 μg/L)；栀子苷-PLGA-NP给药60 min后,脑血药浓度达峰值(约39 μg/L)；而栀子苷溶液给药30 min后，脑血药浓度即达峰值(约95 μg/L)。栀子苷-CS-PLGA-NP、栀子苷-PLGA-NP、栀子苷溶液血浆中的AUC分别为8 962、9 377、17 144 mg·min/L，大脑中的AUC分别为29 518、20 786、14 265 mg·min/L。表明经CS修饰的栀子苷-CS-PLGA-NP具有缓释性，能显著提高栀子苷在大脑内的浓度。

谭远贞等[10]制备了P-80-H102肽-PLGA-NP。小鼠尾静脉注射给药后发现，H102肽-PLGA-NP、P-80-H102肽-PLGA-NP在脑内的AUC分别为3.743、5.315 mg·min/L。分别用浓度1%、2%、4%、8%和16%的P-80来修饰H102肽-PLGA-NP，用以培养脑毛细血管内皮细胞，测定细胞存活率，考察不同浓度P-80修饰的H102肽-PLGA-NP对脑毛细血管内皮细胞的毒性。结果显示，孵育2 h后，8%及以上浓度P-80修饰的H102肽-PLGA-NP培养的脑毛细血管内皮细胞基本不存活，而4%及以下浓度P-80修饰的H102肽-PLGA-NP培养的脑毛细血管内皮细胞仍有80%存活；孵育24 h后，4%浓度P-80修饰的H102肽-PLGA-NP显示较大毒性，脑毛细血管内皮细胞存活率下降到23%，而2%浓度P-80修饰H102肽-PLGA-NP对细胞毒性仍很小，脑毛细血管内皮细胞存活率仍超过90%。表明P-80修饰后可增加H102肽-PLGA-NP的入脑量，且2%浓度以下的P-80修饰的H102肽-PLGA-NP安全性较好。

曾敏等[11]采用复合乳液法制备了OX26-EM-HBPG-PLGA-NP，平均粒径：170 nm，Zeta电位：-27 mV。用大鼠大脑分离培养脑微血管内皮细胞建立血脑屏障体外模型，分别加入浓度为0、30、100、300、600、900、2 700 μg/mL的HBPG-PLGA-NP、EM-HBPG-PLGA-NP、OX26-EM-HBPG-PLGA-NP，考察OX26-EM-HBPG-PLGA-NP细胞毒性及血液相容性。结果显示，较低浓度和合适剂量的OX26-EM-HBPG-PLGA-NP对脑微血管内皮细胞细胞毒性较低，溶血率低，对大鼠血常规凝血系统没有影响，具有良好的生物安全性。

3 聚己内酯

聚己内酯(Polycaprolactone，PCL)的制备方法主要为溶剂挥发法、乳化-溶剂挥发法。

徐磊等[12]采用溶剂挥发法制备P-80修饰的多西紫杉醇-PCL-NP，平均粒径：204.95 nm，Zeta电位：-20.14 mV，而未经P-80修饰的多西紫杉醇-PCL-NP平均粒径：258.48 nm，Zeta电位：-13.55 mV。体外释药实验显示，P-80修饰的多西紫杉醇-PCL-NP 5 d和28 d的释药量分别为25.76%和34.90%，而未经P-80修饰的多西紫杉醇-PCL-NP 5 d和28 d的释药量仅为18.25%和24.73%，表明P-80修饰多西紫杉醇-PCL-NP后可促进药物释放。

Liu等[13]采用乳化-溶剂挥发法制备NAP-PCL-NP，平均粒径：76.2 nm，Zeta电位：-24.24 mV，经转铁蛋白(Lf)修饰的NAP-PCL-NP平均粒径：88.4 nm，Zeta电位：-23.56 mV。大鼠鼻腔给药后显示，Lf-NAP-PCL-NP和NAP-PCL-NP组血药浓度相似，均在给药后1 h达峰，但Lf-NAP-PCL-NP组在大脑(移除海马)、小脑、嗅束、嗅球和海马的AUC0～8 h分别是NAP-PCL-NP组的1.36、1.53、1.70、1.57和1.23倍。较低剂量(0.05 μg)Lf-NAP-PCL-NP即可改善Aβ1-40和鹅蕈膏酸诱导的阿尔茨海默病小鼠模型的学习记忆能力及海马神经元损伤，达到保护神经的目的。

4 α-聚氰基丙烯酸丁酯

α-聚氰基丙烯正丁酯(Polybutylcyanoacrylate，PBCA)的制备方法主要有孵化法、乳化聚合法、界面聚合法。

Shahmabadi等[14]采用乳化聚合法制备P-80-顺铂-PBCA-NP，平均粒径：489 nm，Zeta电位：-20 mV。体外释药实验显示，P-80-顺铂-PBCA-NP 51 h的释药量为3.18%，且冷冻干燥2个月后纳米粒仍保持稳定。分别设立P-80-顺铂-PBCA-NP、顺铂水溶液及未处理组，考察P-80-顺铂-PBCA-NP对脑胶质瘤大鼠存活时间的影响。结果显示，P-80-顺铂-PBCA-NP组脑胶质瘤大鼠平均存活时间19.6 d，顺铂水溶液组脑胶质瘤大鼠平均存活时间17.5 d，未处理组脑胶质瘤大鼠平均存活时间16 d。表明P-80-顺铂-PBCA-NP可延长脑胶质瘤肿瘤大鼠的平均存活时间。

Lin等[15]制备了辣根过氧化物酶HRP或绿色荧光蛋白EGFP-PBCA-NP(HRP分子量：44 kDa；EGFP分子量：29 kDa)，平均粒径：148.6 nm，经P-80修饰的辣根过氧化物酶HRP或绿色荧光蛋白EGFP-PBCA-NP平均粒径分别增加了15.5%和 25.7%。正常大鼠及脑损伤大鼠静脉注射给药后发现，正常大鼠给药45 min后，几乎未检测到P-80修饰的辣根过氧化物酶HRP或绿色荧光蛋白EGFP-PBCA-NP，给药48 h后，检测到少量P-80修饰的辣根过氧化物酶HRP或绿色荧光蛋白EGFP-PBCA-NP；而脑损伤大鼠给药4 h后，P-80修饰的辣根过氧化物酶HRP或绿色荧光蛋白EGFP-PBCA-NP广泛分布于脑部受伤部位，表明经P-80修饰的NP能有效地将大分子药物递送入受伤脑部。

黄乐松等[16]采用乳化聚合法制备了吉西他滨-PBCA-NP，平均粒径：112 nm。以吉西他滨-PBCA-NP、生理盐水为对照，考察P-80-吉西他滨-PBCA-NP对小鼠存活时间的影响，结果显示，P-80修饰的吉西他滨-PBCA-NP组、吉西他滨-PBCA-NP组、生理盐水组的小鼠平均存活时间分别为25.5、23.7、21.5 d。表明P-80修饰的吉西他滨-PBCA-NP可适当延长肿瘤患者的平均存活时间。

赵燕敏等[17]采用乳化聚合法制备了P-80-NT-PBCA-NP，平均粒径：78.3 nm，Zeta电位：-15.37 mV。采用大鼠大脑分离培养脑微血管内皮细胞，建立血脑屏障体外模型，以NT组、空白PBCA-NP组和未修饰NT-PBCA-NP组作为对照，考察P-80-NT-PBCA-NP对脑微血管内皮细胞的细胞毒性，结果显示，当NT质量浓度≤200 ng/mL时，NT组、空白PBCA-NP组、未修饰NT-PBCA-NP组和P-80-NT-PBCA-NP组均无细胞毒性；当NT质量浓度>200 ng/mL时，空白PBCA-NP组、未修饰NT-PBCA-NP组和P-80-NT-PBCA-NP组的细胞毒性较NT组明显増大，且P-80-NT-PBCA-NP组的细胞毒性较空白PBCA-NP组、未修饰NT-PBCA-NP组稍大，但差异无统计学意义。当NT质量浓度为150 ng/mL时，未修饰NT-PBCA-NP组、P-80-NT-PBCA-NP组的转运量均大于NT组，且P-80-NT-PBCA-NP组的转运量与未修饰NT-PBCA-NP组差异有统计学意义。表明P-80修饰的NT-PBCA-NP能跨血脑屏障转运，但当P-80-NT-PBCA-NP质量浓度>200 ng/mL时，对脑微血管内皮细胞产生细胞毒性。

刘建军等[18]采用经均匀设计优化后的界面聚合法制备表阿霉素-PBCA-NP，大鼠经尾静脉分别注射低剂量(26.81 mg/kg)、中剂量(61.59 mg/kg)、高剂量(141.49 mg/kg)表阿霉素-PBCA-NP，进行慢性毒性试验，并检查大鼠一般状态、血液学、心肌酶学、肝肾功能及重要脏器病理学。结果发现，注射低剂量表阿霉素-PBCA-NP后，大鼠的毒性反应较生理盐水组无明显差异；注射中、高剂量表阿霉素-PBCA-NP后，大鼠表现出一定的毒性，如心脏、肝脏等出现了不同程度的肿大、充血，且随剂量的增加，毒性反应更加明显。表明表阿霉素-PBCA-NP在中、高剂量时有一定毒性，其生物安全性需进一步研究。

5 聚酰胺-胺

聚酰胺-胺(Poly amidoamine，PAMAM)是一种典型的树枝状高分子材料，当材料表面连接亲水或疏水的聚合物嵌段时，可延长体内循环时间。

黄容琴[19]以PAMAM为基础载体，通过亲水性高分子聚乙二醇分别连接脑靶向头基乳铁蛋白(Lf)、转铁蛋白(Tf)与基因复合物，制备PAMAM-PEG-Lf/DNA-NP及PAMAM-PEG-Tf/DNA-NP。PAMAM-PEG-Lf/DNA-NP平均粒径：211 nm，Zeta电位：25.17 mV，PAMAM-PEG-Tf/DNA-NP平均粒径：198.6 nm，Zeta电位：13.02 mV。小鼠尾静脉注射PAMAM-PEG-Lf/DNA-NP、PAMAM-PEG-Tf/DNA-NP，考察NP在脑内分布量及表达效率，结果显示，PAMAM-PEG-Lf/DNA-NP在小鼠脑内的分布量是PAMAM-PEG-Tf/DNA-NP的2.05倍、表达效率是PAMAM-PEG-Tf/DNA-NP的2.3倍。表明PAMAM-PEG-Lf/DNA-NP具有较高的脑靶向性。

6 壳聚糖

壳聚糖(Chitosan，CS)的制备方法主要有接枝共聚法、离子交联法、自组装法。

Malmo 等[20]采用自组装法制备了包载siRNA和阿霉素-CS-NP，体外细胞实验显示，siRNA和阿霉素-CS-NP能有效抑制大鼠脑毛细血管内皮细胞上高表达的P-gp，提高阿霉素的脑内递药。

刘占军等[21]采用接枝共聚法制备紫杉醇-CS-NP，平均粒径：320.8 nm，Zeta电位：29.34 mV。体外释药实验显示，紫杉醇-CS-NP 24 h释药量为48.3%，175 h释药量为75.9%。表明紫杉醇-CS-NP具有缓释性。

王丛瑶等[22]采用离子交联法制备盐酸阿霉素-CS-NP，平均粒径：98.8 nm。大鼠分别经鼻腔、尾静脉给盐酸阿霉素-CS-NP、盐酸阿霉素溶胶，测定大鼠脑内药动学参数。结果显示，鼻腔给予盐酸阿霉素-CS-NP后，Tmax：300 min，Cmax：93 mg/L，AUC：17 809.05 mg·h/L；给予盐酸阿霉素溶胶后，Tmax：20 min，Cmax：90 mg/L，AUC：4 736.70 mg·h/L。而尾静脉给予盐酸阿霉素-CS-NP 后，Tmax：180 min，Cmax：19.11 mg/L，AUC：5 159.97 mg·h/L；给予盐酸阿霉素溶胶后，Tmax：20 min，Cmax：10.70 mg/L，AUC：312.68 mg·h/L。表明盐酸阿霉素-CS-NP鼻腔给药可增加盐酸阿霉素脑内浓度，有效实现脑内递药，且具缓释作用，可延长脑内有效药物浓度的持续时间。

Sadigh-Eteghad等[23]制备了左旋多巴-CS-NP，平均粒径：250 nm，Zeta电位为正。体外神经元样嗜铬细胞瘤(PC12)细胞活力实验显示，左旋多巴-CS-NP组PC12细胞活力较左旋多巴明显提高。

纳米粒作为脑内药物传递的载体具有应用价值，不仅能提高药物脑内浓度，且能延长药物在脑内滞留时间。PLA、PLGA、PCL、PBCA、PAMAM、CS等几种载体材料均具有较好的脑靶向、可降解和生物相容性。PCL性能容易控制，但采用溶剂挥发法制备时，不易完全除去制备过程中使用的二氯甲烷，存在有机溶剂残留问题；PLGA有较好的稳定性、长循环、可持续释放性，已被FDA批准用于临床；PBCA有良好的生物相容性，易于修饰，其在体内降解速度与烷链长度成反比，细胞毒性随链加长而减小[24]；PAMAM是一类树枝状高分子载体材料，易于修饰，通过疏水作用将药物储存于树枝状高分子载体材料的内腔，随着树枝状结构降解，持续释放药物。

尽管脑靶向纳米粒具有一定克服血脑屏障阻碍作用，但大多研究仍停留在体外和动物实验阶段，且其毒副作用仍存在较大争议[25-26]。纳米粒的组织相容性、安全性、质量控制及制备工艺等方面还存在不少问题[27]，有待深入研究。

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