静电吸附法在药学领域应用的研究进展

2018-06-29赵娟萍张秋樾王艳宏李伟男

实用药物与临床 2018年4期

赵雪，齐笑，赵娟萍，张秋樾，王艳宏，李伟男

0 引言

静电吸附法是一种仅靠物理作用而非化学手段的载药、修饰方法。其机制可简单地概括为在静电引力的作用下，带不同电荷离子或基团间的相互吸引，使得异种电荷离子或基团相互结合[1]。采用静电吸附法载药及修饰递药载体时，制备条件温和，不需要使用有机溶剂，且简单易行，无需用到超声等设备，避免了基因等药物在制备过程中受到的超声波对其结构的破坏和制剂的溶剂残留问题[2]。近年来，在制剂载药、递药系统载体修饰及医用膜材料的改性领域方面，静电吸附法受到了越来越多的关注。本文对近年来静电吸附法在载药、递药系统载体的修饰及医用材料表面性质的改变的应用进行初步阐述。

1 静电吸附法包载药物

相比于静电吸附法，常见的载药方法，如溶剂挥发法[3]、薄膜分散法[4]和乳化法[5]等均会造成有机试剂的残留问题。静电吸附法载药时，药物是通过与载异种电荷的载体结合制成载药的纳米粒或聚合胶束等，无需用到有机溶剂，因此不会造成有机试剂的残留。同时，静电吸附法还具有操作简便、制备的载药制剂稳定等优点。

1.1 载基因药物最常见的基因药物是核酸类药物，在核酸水平(RNA或DNA)上发挥作用，但由于裸露的基因易被体内的物质如酶类降解和破坏，往往不能产生有效的治疗效果；且细胞膜的负电荷性使本身带负电的基因药物很难靠近并穿过，因此，这类药物必须借助基因载体将其安全有效地递送到细胞中[6]。静电吸附法已成为基因载体担载基因的主要方法之一。

壳聚糖(Chitosan,CS)是一种带阳离子的高分子碱性多糖聚合物，在稀酸溶液中解离后带正电荷。苏丹等[7]研究证明，壳聚糖溶于酸性水溶液后，能直接与带负电荷的基因药物通过静电作用结合，聚集形成纳米粒。体外实验证明，该纳米粒能跨越细胞膜负电荷性屏障，将小分子干扰RNA(siRNA)带入到体外培养的细胞内，且能抵抗核酸酶的降解，有效保护siRNA分子，从而提高细胞的转染率。宗莉等[8]同样采用静电吸附法制备了携载编码胆固醇酯转移蛋白的抗动脉粥样硬化DNA疫苗的CS纳米粒，该纳米粒携载质粒DNA (pDNA)进入细胞，使基因能有效表达且能延长疫苗与黏膜作用时间，从而提高细胞对疫苗的摄取率。阳离子固体脂质纳米粒通过静电作用能与带负电的DNA结合成阳离子固体脂质纳米粒/DNA(SLNs-DNA)二元复合物。刘春喜等[9]利用复乳法选用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为电荷调节剂制备空白的阳离子固体脂质纳米粒，然后通过静电吸附法制备阳离子固体脂质纳米粒/DNA复合物，结果证明，该二元复合物能将DNA导入胞内，体外转染效率较高，且通过对比该二元复合物和裸DNA在脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNase Ⅰ)溶液中的降解情况，证明该复合物对pDNA有很好的保护作用。体外释放实验结果显示，该复合物在48 h时释药量占总量的79.4%，可以预计其具有缓释能力。

聚乙二醇嵌段共聚树枝状聚赖氨酸阳离子功能大分子(PEG-b-dendritic PLL)可以作为基因载体通过静电作用吸附负电性的pDNA分子形成稳定的胶束。崔亮等[10]采用液相多肽合成法制备PEG-b-dendritic PLL，在不同N/P设计比值条件下(N为阳离子载体表面氨基的量，P为DNA中磷酸基的物质的量)，将PEG-b-dendritic PLL与pDNA进行混合，制备得到PEG-b-dendritic PLL载体/pDNA复合物。琼脂糖凝胶电泳实验证明，PEG-b-dendritic PLL作为基因载体对DNA具有较强的吸附能力，有利于提高基因转染率的实现。

透明质酸(HA)是广泛存在于生物体内的一种带负电荷多糖[11]。张璐等[12]依次利用静电吸附法制备三元复合物siRNA/PAMAM/HA，该三元复合物在琼脂糖凝胶电泳实验中无siRNA渗漏，表明复合物能完全地吸附siRNA，且在含核糖核酸酶(RNase)的条件下，2 h后凝胶板上仍有明亮的条纹，说明复合物能有效地保护siRNA分子。细胞毒性试验证明，HA对PAMAM的修饰有效降低了PAMAM的细胞毒性。在细胞摄取实验中，HA包覆量在25%时，复合物摄取量达到最大，有效提高了基因的递送。

1.2 载化学药物小分子抗癌药存在许多问题，如水溶性差、体内代谢快、生物半衰期短、选择性低、对正常组织毒性大、药物利用率低等问题[13]。采用静电吸附法，同样用于递药系统包载小分子抗癌药，如阿霉素、紫杉醇等，其载药性能良好，且能有效地解决上述存在的问题。

阿霉素(DOX)是临床常用的抗癌药物，其分子结构中含有氨基，可以通过静电吸附作用与羧基、硫酸基结合。熊微等[14]利用DOX为模型药物，考察含羧基的丙烯酸纳米凝胶(PNA)和含硫酸基的β-硫酸乙基酯纳米凝胶(PNS)通过静电吸附载药的能力。载DOX的纳米凝胶经过在水溶液中24 h的释放实验，其水溶液中未检测出含有DOX，证明其吸附效果良好。纳米凝胶粒径均一，通过计算载药量和包封率，结果显示，纳米凝胶的载药性能好。

聚乙烯亚胺(PEI)的分子结构中含有大量的氨基，呈正电性，带正电的PEI可以通过静电吸附法吸附负电性抗癌药物，形成静电复合物[15-16]。DOX在体内传递过程中对正常组织毒副作用大，用具有酸敏感性的乌头酸酐修饰，得到带负电荷的抗癌小分子药物乌头酸酐-阿霉素(CAD)，能使DOX在正常组织中释放量达到最小。关秀文等[17]利用正电性的PEI静电吸附负电性的抗癌小分子药物CAD，形成带正电的复合物；进一步利用pH响应的电荷翻转的共聚物聚乙丙交醋共聚物(PELG)对PEI/CAD进行遮蔽，形成在正常组织中传递时带负电的三元复合物载药体系。而到达酸性肿瘤区域时，该复合物发生电荷翻转，使该递药体系带正电即可被肿瘤细胞吸附内吞，随后触发酸敏感的释放药物行为，降低了整个传递过程中药物对正常组织的毒副作用，减少了药物的流失，发挥疗效。类似的阳离子大分子聚合物还有聚酰胺-胺(PAMAM)[18]、聚赖氨酸(PLL)[19]和聚β-氨基酯[20]等。

1.3 基因药物与化学药物共同包载与传统的基因药物或化学药物单独传递体系相比，基因药物和化学药物的共递送可以在较低的剂量下达到协同或者叠加的治疗效果，提高药物利用率，而且能一定程度上降低药物的毒副作用。

和厚朴酚具有较好的抗肿瘤活性，裴希为等[21]发现，和厚朴酚与siRNA的协同效应对肿瘤细胞生长抑制效果良好，通过包载和厚朴酚和siRNA，可以达到药物与基因的共递送作用。其首先利用聚乙二醇(PEG)修饰的阳离子脂质体，通过疏水作用包载疏水性和厚朴酚，制备阳离子和厚朴酚脂质体，再通过静电吸附作用包载带负电的siRNA，构建共递送和厚朴酚与siRNA的阳离子脂质体。凝胶电泳实验表明，在适当的N/P下，载和厚朴酚的阳离子脂质体通过静电吸附作用对siRNA可以完全包载。其既能发挥siRNA对血管内皮生长因子(VEGF)蛋白表达的特异性沉默作用，又能提高和厚朴酚对肿瘤新生血管相关的多个靶点的活性，从而获得更好的抗肿瘤治疗作用。

多西紫杉醇(DTX)是一种疏水性抗癌药物，Zheng等[22]利用化学合成的两亲性聚乙二醇-聚赖氨酸-聚亮氨酸(PEG-PLL-PLLeu)多肽聚合物物理包封疏水性药物DTX制备带正电的载DTX聚合物胶束，经静电作用将siRNA包封于胶束内，即得到DTX和siRNA的共载胶束。凝胶阻滞实验结果显示，DXT和siRNA能有效地结合在载体上。细胞摄取和内分布实验证明DXT和siRNA可以实现同时传递，使药物达到更好的疗效。

2 静电吸附法对递药载体进行修饰

肿瘤靶向治疗已经成为目前肿瘤治疗的研究热点，递药载体通过静电吸附结合具有靶向作用的靶头物质，使递药载体具有靶向作用，增加药物定向富集到靶部位的能力，改善药物在体内的药物代谢动力学特性，发挥药物的最大疗效。

微泡造影剂作为一种新型的药物载体，在肿瘤治疗中可以携带药物到达肿瘤组织，具有很好的靶向性[23]。付赤学等[24]将自制带负电荷的脂膜氟烷脂质体微泡造影剂[25]与抗αvβ3单克隆抗体混合，改变反应体系的pH值，利用静电吸附法，制备亲黑色瘤的靶向超声造影剂。结果表明，静电吸附法能够使抗体和微泡结合。体外寻黑色素瘤试验表明，携带抗αvβ3单克隆抗体的微泡与黑色素瘤细胞结合的数目明显比普通微泡多，证明其具有良好的靶向性。卞爱娜等[26]同时应用交联法和吸附法制备微泡造影剂。交联法不仅操作繁琐，且所制微泡与靶细胞结合效果并不理想。而静电吸附法可以使抗人肝细胞癌单克隆抗体HAb18牢固地结合到脂质体微泡表面，操作简便，且通过花环形成实验[27]证明其具有特异的靶向作用。此法与交联法比较具有成本低、操作简便、反应时间短、对微气泡具有很好的保护作用等优点。

转铁蛋白(Transferrin,Tf)是一种单链糖基化球蛋白，含4个带负电荷的唾液酸基团，可以通过静电作用与药物直接吸附。在肿瘤组织表面存在大量的转铁蛋白受体，为转铁蛋白作为药物载体提供了可能[28]。Duzgunes等[29]先利用1,2 二油烯氧基-三甲氨基丙烷[1,2-dioleoyl-3-trimethy-lammonium-propane (chloride salt),DOTAP]和二油酰基磷脂酰乙醇胺(1,2-Dioleyl-s Glycero-3-Phosphoeth anolamine,DOPE)制备阳离子脂质体，将转铁蛋白在室温下通过静电引力直接吸附在阳离子脂质体表面。经细胞转染实验结果对比，含Tf的脂质体转染宫颈癌(HeLa)细胞株的效果优于不含Tf的脂质体，证明其具有一定靶向性。

3 改变复合物的性质

聚醚砜(PES)是一种综合性能良好的材料，已被广泛作为制造医用膜(如血液透析膜、血液分离膜、氧合器膜等)的原料，但其血液相容性不能满足临床应用的要求。王灵辉等[30]通过共混含叔氨侧基的PES，得到表面含叔氨基团的PES膜，经过季胺化处理得到阳离子膜，再通过静电吸附将阴离子的肝素分子固定在膜表面，得到肝素化的PES膜。通过通量测试装置测试纯水通量和牛血清蛋白(BSA)通量，对比肝素化前后的PES膜，肝素化后蛋白质溶液通量明显增大，同时水通量的恢复率高达72.2%。说明肝素化后的PEI具有良好的抗蛋白吸附能力。复钙化时间评价实验表明，在复钙化23 min时，肝素化后的PEI凝血性能是肝素化前的5倍，说明PEI经过肝素化后，血液相容性得到了改善。

聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)是一种可降解的高分子有机化合物，广泛应用于制药、医用工程材料[31]等领域。但在探索其载药微球制备工艺时，发现其释药初期速度过快。王芳等[32]利用静电吸附法，用壳聚糖对PLGA进行表面修饰。体外释放实验结果显示，第1小时的释放量由56.03%下降到25.64%，表明经过壳聚糖修饰后的PLGA载药微球的释放初期的突释性得到了改善，药物释放的时间延长。但由于壳聚糖是聚阳离子电解质，易吸附蛋白，激活血小板，会导致血栓形成，限制了其在血液接触材料方面的应用。宫铭等[33]利用静电吸附的方式，将含有磷酰胆碱聚阴离子的甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱-甲基丙烯酸二元共聚物[poly(MPC-co-MA),PMA]吸附在壳聚糖表面，根据X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)的观察结果显示，改性后的壳聚糖显著降低了对血小板的黏附，抗凝血性能也显著提高，表明成功获得了仿细胞外层膜结构的涂层表面，从而改善了壳聚糖膜的血液相容性。

4 展望

近年来，静电吸附法在医药领域中的应用越来越多，此种制备方法简单，条件温和，载药性能好，并使控释药物具有一定靶向作用，有望在生物相容性材料、药物控释体系、药物载体等方面得到更多的应用。目前已经上市的DC BeadTM微球和SAP微球就是利用离子间的静电吸附作用来负载药物，且临床效果良好。但此种方法也有一定的弊端，载药量小、负载的药物种类少等问题仍需进一步探讨与研究。

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