多功能药剂学纳米载体的研究进展

·综述·

多功能药剂学纳米载体的研究进展The development of multifunctional pharmaceutical nanocarriers

时念秋1，冯宪敏2，李景华1，李研1，张秀荣1，王丹1，张宏梅1

文章编号：1673-2995(2015)02-0125-04

很多药剂学纳米载体，如纳米球、纳米囊、脂质体、胶束、脂蛋白、固体脂质纳米粒、囊泡等，已经被用于治疗性和诊断性物质的实验性或临床性递送[1-2]。这些载体经常采用多样的修饰策略以控制它们按照理想模式发挥体内作用，如在循环系统中增加纳米载体的长循环和稳定性、获得病原器官或组织的特异靶向性、对病理区域的某些刺激特征产生敏感性或对于载体的清除和体内分布提供可视化的信息等。随着在药物递送系统(Drug delivery system，DDS)领域的研究不断深入，很多载体可以集合一种功能或两种(及以上)功能于一身，如长循环性和靶向性、靶向性和刺激敏感性等。很多修饰型的DDS应具有下列性质：1)在体内可长时间存在或循环；2)可以特异性地靶向到疾病部位；3)可对病理部位的刺激特征产生响应以释放药物，这些刺激特征包括内源性的(如异常的pH值或温度)或外源性的(如局部的热、磁场或超声)；4)加强药物和基因所必需的细胞内递送或亚细胞器递送；5)运载报道性或成像性的成分用于实时提供DDS体内组织分布或靶向积累的信息。本文主要对具有多种功能的纳米载体进行总结，为新型DDS的发展提供新的思路。

收稿日期：( 2014-11-11)

作者简介：时念秋(1981-)，男(汉族)，讲师，博士.

基金项目：吉林市科技创新发展计划项目(201464053,201464037)，吉林省教育厅课题(2014367)，吉林省科技发展计划项目(20120914).

中图分类号：R944

文献标识码：识码： A

(吉林医药学院：1.药剂教研室，2.病原生物学教研室，吉林 吉林132013)

摘要：药剂学纳米载体已经被用于治疗性和诊断性物质的实验性或临床性递送。随着疾病的发展，对纳米载体的要求越来越高，也产生了多功能纳米载体。随着在药物递送系统领域的研究不断深入，很多载体可以集合一种功能或两种(及以上)功能于一身。本文对多功能纳米载体的研究进展进行总结，主要介绍长循环纳米载体、靶向配体修饰的长循环纳米载体、刺激响应性的纳米载体和穿透性的纳米载体。

关键词：药剂学；纳米载体；长循环纳米载体；刺激响应纳米载体；穿透性纳米载体

1长循环性纳米载体

由于体内存在的防御系统，普通的药剂学纳米载体(未经修饰的)经常被当作外源性粒子，很容易地被条理化(Opsonized)并清除出体外。有时还没来得及发挥它们的功能。因此，任何多功能纳米载体的基本性质应该具有长循环性(Longevity)，应该在血循环中维持较长的时间。要维持药物或药物的长循环性质有很多重要的原因，但其中一个非常重要的原因,是使药物在较长的时间内保持药理效应发挥必需浓度水平。这样长循环负载药物的纳米粒子或微粒子就会缓慢地积累在病理部位，这些病理部位通常有受损的易漏的血管，如肿瘤、炎症或梗死区域。这种效应叫加强渗透和保留效应(Enhanced permeability and retention，EPR)，或者也叫做被动靶向性[3-4]。此外，长循环效应会使载体有更长的循环时间，可以延长载体与靶细胞相互作用的时间。纳米载体通过某种合成的聚合物，如聚乙二醇(PEG)的修饰来增加长循环性，这也是增加载体长循环性的最主要策略[5-6]。亲水性的聚合物链可以防止纳米粒子或载体与体液中的不同溶质相互作用。这种聚合物介导的载体保护作用也称之为“立体稳定”(Steric stabilization)作用。这种效应可以使载体避免被网状内皮系统(RES)条理化或快速清除，也可使聚合物修饰的纳米载体与血液成分产生斥力，或者在载体表面形成聚合物的保护层。最为保护性的聚合物，PEG具有很多优良的性质，如高的溶解度、所形成聚合物链的高度灵活性、低毒性、低的免疫原性和抗原性、对RES细胞的低富集性、对修饰载体生物学性质的最低影响性等[7]。PEG并不能生物降解，分子量低于4×104的PEG分子易于被肾清除。PEG很容易商业化，并具有很多分子量级别(从1×103到2×104不等)，并且相对较容易被修饰到药物载体上。目前，有很多的化学方法去合成PEG的衍生物，并可以将这些PEG衍生物与药物或载体进行偶联来满足不同的体内需要[8]。一些替代性的聚合物已经被用于修饰纳米粒子载体来产生保护作用，这些聚合物包括聚乙烯醇(PVA)、磷脂酰聚甘油、聚丙烯酰胺等。聚合物可以通过物理性的结合或化学的偶联修饰到粒子表面。

2靶向配体结合的长循环纳米载体

药剂学纳米载体的进一步发展产生了靶向配体修饰的长循环纳米载体。这种载体将靶向配体和长循环材料(保护性聚合物)共同修饰到纳米载体的表面，使载体不但在血液循环中维持较长时间，并可通过表面修饰的配体与靶部位的受体通过配体-受体相互作用完成靶向过程。为了获得这种靶向作用，不同的配体已经出现，如抗体、多肽、糖基、叶酸等。例如，对于抗体修饰的脂质体，可以在一个纳米脂质体载体单元上同时连接多个抗体分子[9]。既能保证脂质体的完整性，又可以维持纳米脂质体的亲和性和特异性。常规的抗体修饰方法包括蛋白质(抗体)结合到脂质体膜的活性基团上，另一种方法是蛋白质(抗体)与膜成分进行化学修饰，增加蛋白质的膜亲和性。配体修饰的长循环药物载体的设计有很多原因，包括：1)配体(如抗体、蛋白、多肽等)贴附到载体表面可以增加载体从血液中的清除速率，并增加在肝、脾等组织中的摄取。一旦连上保护性的聚合物，可以抵消这些清除及摄取效应。2)一些特异配体修饰的纳米载体的长循环性可以使载体更易积累到靶组织。为了使PEG化的脂质体获得更好的靶向性，可以将靶向的配体共轭连接到脂质体表面PEG上，这样配体可以暴露在在PEG链的表面，使得载体经过长循环效应后与靶细胞有更直接的接触，避免了立体位阻效应的干扰。实际上，很多的配体都连接在脂质体表面保护性聚合物的末端[10]。

很多的策略已经被用于构造特异配体修饰的长循环PEG化纳米载体，以脂质体最为成熟。最初的方法是将脂质体预留活性的反应基团并暴露在水性环境中，随后配体可以与这些带活性基团的脂质体发生特异结合。另外一种方法是先合成配体-PEG-脂质共轭物，然后将这些脂质共轭物掺入到脂质体的其他成分中(如磷脂、胆固醇)，进一步制备单室脂质体。第三种方法是将mPEG-DSPE或配体修饰的PEG-DSPE后插入到已形成的脂质体中，并进行适当的孵育。叶酸修饰的脂质体是非常有代表性的肿瘤靶向性脂质体。多数肿瘤表面有过量表达的叶酸受体。柔红霉素或阿霉素可以包载在脂质体中，该脂质体可以递送至叶酸受体过表达的肿瘤部位[11-12]。多肽如RGD，经常被共轭到脂质体的表面，靶向到整合素丰富的肿瘤血管部位。另外，抗血管生成的多肽修饰的脂质体可以作用于肿瘤部位，使肿瘤部位的新生血管生成受到抑制，从而抑制肿瘤的生长[13-14]。

3刺激响应的纳米载体

长循环PEG化纳米载体中PEG与脂质体的连接可以引入一些刺激敏感的基团，当遇到肿瘤部位的特异性刺激(pH或酶)后，可以发生断裂。PEG化的脂质体并不是完全有利于药物的递送，在输送过程中它们是有利的。但在靶部位PEG的存在会妨碍脂质体与靶细胞的接触，造成药物释放的困难。如果纳米载体通过内吞(Endocytosis)途径进入细胞，PEG链的存在会阻碍内容物从内涵体中的释放及随后的胞浆释放。为了解决这些问题，可以在PEG链与脂质的中间引入易刺激断裂的键，如酯键、酰胺、酰腙键等。这些键可以响应体内的酯酶、低pH等[15]。正常组织的pH值一般为7.5，当到达肿瘤部位后，pH下降到6左右，会引起酰腙键的断裂。根据这一性质，人们设计出pH值敏感的纳米载体。底物肽(Substrate peptides)是对某一酶系敏感的肽段，当特异酶系接触到底物肽后，会造成底物肽的裂解。可以将底物肽引入到PEG与脂质间，并制备酶敏感的脂质体。肿瘤部位或靶部位常见的酶系包括基质金属蛋白酶(MMPs)、寡肽酶、羧肽酶、组织蛋白酶、前列腺特异抗原(PSA)、凝血酶等。各学者也通过这些酶的刺激，设计出多样的酶敏感的纳米载体[16]。pH值、酶等都属于内源性的刺激，而外源性的刺激也已经广泛的应用于纳米载体的设计和靶向递送中。代表性的外源刺激包括磁场、光、热等。根据这些刺激可以产生磁敏感的纳米载体、光敏纳米载体或热敏纳米载体[17]。有些纳米载体可以同时应用一种或多种刺激进行触发。刺激响应纳米载体的出现使得纳米载体进一步丰富了纳米载体的功能及性质。

4细胞穿透性的纳米载体

很多生物活性的物质，如大分子药物(DNA，RNA或多肽等)需要递送至细胞内部的核及亚细胞器才能发挥作用。例如，某些治疗(如基因治疗或反义治疗)需要运送至细胞核,有些治疗需要运送至线粒体(如预凋亡肽),有些治疗需要运送至溶酶体(如溶酶体酶)。然而，细胞的天然生物膜对很多生物物质产生了进入的限制。很多大分子由于很难透过生物膜，只能依赖于内吞进入细胞，会造成大分子物质的降解，结果只有很少部分到达胞浆。为了克服大多数用于疾病治疗和诊断物质(包括药物、报道分子、显像剂等)的细胞输送的难题，近年来发展并形成了各种技术和方法，如显微注射法、电穿孔法和载体运送系统等。但这些方法存在着各种问题。相比之下，细胞穿透肽(Cell penetrating peptides,CPPs)的发现和应用为纳米载体的细胞膜通过提供了有效的手段[18]。CPPs也叫做蛋白转导域(PTD)，由典型的阳离子序列构成，有些是天然来源的，有些是合成的。1988年，发现了第一个CPPs序列，是人免疫缺陷病毒转录蛋白片段HIV-TAT[19]，它是人免疫缺陷病毒转录蛋白(HIV)的反式作用子。随后一系列的CPPs得到发展。目前最常用的CPPs包括HIV-TAT、精氨酸寡聚物、穿透素(Penetratin)和传递体(Transportan)等。这些CPPs除将小分子物质运送至细胞内，还将纳米载体(如脂质体、胶束等)跨越细胞膜输送至细胞内。CPPs介导纳米载体的细胞内递送可以具有高效传递能力，且毒性小[20]。CPPs修饰的纳米载体赋予了纳米载体的细胞作用性质，这对于多功能纳米载体的发展具有里程碑的意义。

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