脂质聚合物杂交纳米粒的研究进展

李凯旋，刘 君，刘学军，钱 海*

1中国药科大学，南京211198；2上海复星星泰医药科技有限公司，上海200120

纳米载药系统因可通过修饰调节改变其在体内的行为，成为药物研究的热点之一[1]。聚合物纳米粒和脂质体是最常用的纳米载药系统，脂质载体具有良好的生物相容性和包封率[2，3]，但是由于脂质载体储存过程中容易泄漏，较差的稳定性和复杂的灭菌工艺流程限制了其应用[4]；聚合物载体有着合成方法多样化、化学修饰多样性和粒径小及分布窄等优点，但聚合物在载药能力和生物相容性方面的不足则限制了其应用[5]。

为克服上述两种载体的缺点，近年来研究者开发出新一代纳米载药系统，即脂质聚合物杂交纳米粒（Lipid polymerhybrid nanoparticles，LPHNPs）。LPHNPs是 由 可 生 物 降 解 的聚合物与仿生性的脂质杂交而成的、具有壳核结构的纳米粒，该载体兼有脂质和聚合物两者的优点，且可以同时避免脂质和聚合物两者上述提及的缺点[6，7]，因此，LPHNPs很快成为一种备受关注的药物传递系统。现主要对LPHNPs的基本特点、结构、合成方法及应用作一综述，以期为后续研究提供参考。

1 LPHNPs的基本特点

与其它纳米粒相比，LPHNPs具有独特的优势。诸如合成材料多样性、良好的生物相容性、载药量大、结构稳定等。合成材料多样性：LPHNPs可由不同种类聚合物及脂质组成；为避免被巨噬细胞吞噬，增加循环的平均滞留时间，其表面可修饰聚乙二醇（PEG）；为提高LPHNPs稳定性，其表面可修饰各种表面活性剂；为提高LPHNPs靶向性，其表面可修饰不同癌细胞靶向受体[8，9]。良好的生物相容性：LPHNPs通常由可生物降解的聚合物材料和具有仿生性的脂质材料组成[10]。载药量大：纳米粒的聚合物层和脂质层可分别荷载疏水性药物和亲水性药物，还可包封诊疗显影剂及基因药物。结构稳定：聚合物具有一定机械强度；外层的脂质起到分子栅栏的作用，可以减小药物的泄漏、减缓聚合物的降解，以保证药物的持续释放；壳核之间的静电作用等都对LPHNPs起到一定的稳定作用[11]。

2 LPHNPs的结构

根据脂质和聚合物的分布排列可将LPHNPs分为两种类型（见图1）[9]。

图1 LPHNPs结构类型示意图

2.1 整体的脂质聚合物杂交纳米粒（Type-I monolithic matrix LPHNPs）

药物与聚合物的复合物通过离子或其它方式的相互作用，在脂质中均匀分布[12]。Shuhendler AJ等[13]将癌症化疗药物多柔比星（Doxorubicin，DOX）和蒽环类药物丝裂霉素C（Mitomycin C，MMC）通过乳化-溶剂蒸发法制备整体的脂质聚合物杂交纳米粒，所得的纳米粒粒径在130~150 nm，DOX的包封率接近90%，MMC包封率在70%左右，以大鼠乳腺癌为模型的研究结果显示，该纳米粒可降低心脏毒性，增强治疗效果。

2.2 核-壳结构脂质聚合物杂交纳米粒（Type-Ⅱcoreshell LPHNPs）

根据纳米结构的不同，该类型又分为几种亚型（见图1）。

2.2.1 聚合物核-脂质壳杂交纳米粒 （Polymer core-lipid shell hybrid nanoparticles） 由一层或多层脂质外壳包裹含抗癌药的聚合物内核组成，核-壳之间的空间通常被水或含水缓冲液占据，使用阳离子或两性离子磷脂构建脂质外壳所带的静电与带相反电荷聚合物的相互作用，促进细胞摄取及提高纳米粒的稳定性[14]。Zhang L等[15]设计了以多烯紫杉醇为模型药物的核-壳结构脂质聚合物杂交纳米粒，由三个功能组件构成：①由可生物降解的疏水性聚合物包封药物构成的纳米粒内核，主要控制药物的释放；②由单层脂质膜构成外壳，减少药物从内核中渗漏以及水渗入内核中，从而可提高药物包封率及控制释药速率；③在外壳上修饰PEG，降低巨噬细胞的识别和摄取，延长在体内的循环时间，也可修饰靶向配体提高该纳米粒的靶向性。Bose RJC等[16]制备以聚乳酸为内核、阳离子脂质为外壳的纳米粒，所得壳核结构纳米粒粒径分布窄，粒子表面带正电荷（电动电势为52~60 mV），显示出较强的DNA结合能力。

2.2.2 脂质聚合物杂交纳米胶囊 （Lipid polymer hybrid nanocapsules，LPHNCs） 纳米粒的核为阳离子脂质包裹的药物水溶液，中间层由多聚体组成，PEG修饰的脂质在外层，这种递药系统使得多聚体系更加稳定，可同时封装两种药物。Shi J等[17]采用双乳化溶剂蒸发技术开发递送siRNA的LPHNCs，平均粒径为（225±8）nm，电动电势为-10 mV，研究发现，该纳米粒可减小巨噬细胞的吞噬作用，在体内不易引起免疫反应；对包封三种不同的siRNA进行体外药动学评价，12~15 h释放载药量50%且释放曲线相似，表明“三明治”结构的纳米粒很稳定，可实现siRNA的缓释给药。以裸鼠为模型的研究结果表明，GL3siRNA的LPHNPs可有效抑制荧光素酶的表达。

2.2.3 细胞膜功能化纳米粒（Cell membrane functionalized nanoparticles，CMFNPs） 因细胞膜具有较好的生物相容性及仿生性，由细胞膜包裹的聚合物纳米粒的载药系统已被开发，用于研究的细胞有：红细胞、血小板、白细胞、癌细胞和细菌等，在这些细胞的细胞膜中，红细胞膜是该类型纳米粒的主要来源[18]。Hu CM等[19]制备红细胞膜包裹含药聚合物的CMFNPs，通过检测注入小鼠体内荧光标记的纳米粒，发现其具有超长的半衰期，在体内保留长达72 h仍具有完整的纳米结构；但因为不同血型的红细胞表面的抗原不同，在输血时交叉配血时会产生免疫反应。Hu CM等[20]还制备了血小板膜包裹聚乳酸纳米粒，平均粒径为115 nm，有与血小板膜相同的表面电荷，比未包裹血小板膜的纳米粒更稳定，以冠状动脉狭窄大鼠为模型的研究结果表明：当由血小板膜包裹纳米颗粒递送药物时，多西他赛和万古霉素均增强了治疗效果。

2.2.4 聚合物脂质纳米粒（Polymer-caged liposomes） 在脂质体、固体脂质纳米粒或纳米结构脂质载体的外层包裹着一层或多层多聚体，以提供更稳定的载药系统[21]。Beloqui A等[22]采用葡聚糖鱼精蛋白包裹脂质纳米载体递送难溶性药物甲磺酸沙奎那韦，以肠上皮细胞模型和粘液模型，评价药物的渗透性，肠上皮细胞模型中甲磺酸沙奎那韦在聚合物包裹脂质纳米载体的渗透性为脂质纳米载体的9倍；粘液模型中聚合物包裹脂质纳米载体越接近中性渗透性越高。

3 LPHNPs的制备方法

3.1 分步法

脂质囊泡和聚合物纳米颗粒被组合成单一的泡状结构,用预制的聚合物纳米粒溶液与干脂膜进行水合或与预先制备好的脂质囊泡在脂质材料相变温度以上进行搅拌融合，脂质囊泡在聚合物纳米颗粒表面通过静电相互作用形成脂质层[23]。为得到粒径分布均匀的纳米粒，需要再用高压均质机或挤出仪进行处理。挤出技术是将纳米粒反复通过网孔状膜，以获得较小粒径且均匀分布的纳米粒。Ruttala HB等[24]将纳米粒混悬液反复通过聚碳酸酯膜（孔径为200μm），最终所得到的纳米粒粒径在250 nm，且粒度分布均匀。De Miguel I等[25]采用由多糖麦芽糖糊精和1，2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱组成的聚合物内核，在高于脂质凝胶转变温度下与脂质囊泡混合，再通过均质化处理，得到单分散的均匀纳米粒，其粒度范围接近60 nm。分步法可以更好地控制LPHNPs中脂质和聚合物的比例，纳米粒的性质也能得到有效的控制；但分步法在制备LPHNPs较为繁琐，需要分别准备聚合物纳米粒和脂质囊泡，并需要较长的孵化时间[8]，最终还需均质化处理。

3.2 一步法

3.2.1 乳化－溶剂蒸发法（Emulsification-solventevaporation，ESE） ESE法分为单步乳化法和双重乳化法，具体方法的选择要根据包封药物的理化特性而定：药物可溶于与水不混溶的有机溶剂时则选择单步乳化法；当药物不溶于任何有机溶剂时则选择双重乳化法。在单步乳化法中，将含有药物和聚合物的油相加入到含有脂质的水相中，连续搅拌，形成O/W乳状液，溶剂蒸发后，聚合物和脂质自组装成LPHNPs；但是该方法得到的LPHNPs粒径较纳米沉淀法大[26]。对水溶性药物开发出双重乳化法，该方法将药物水溶液逐滴加入到溶解的聚合物和脂质的油相中，在搅拌或超声处理下形成W/O型初乳，再加入到PEG化脂质水溶液中，形成W/O/W型复乳，蒸发除去有机溶剂，得到脂质聚合物杂交纳米胶囊[11]。Bose RJ等[27]采用双重乳化法并考察了阳离子脂质浓度对LPHNPs性质的影响，结果表明，随着脂质浓度的增加，LPHNPs的粒径随之减小、表面电荷随之增大；通过流式细胞术评估，用LPHNPs/DNA复合物处理的HEK293细胞的转染效率，不同脂质浓度的LPHNPs/DNA复合物均表现出强转染效率，表明该纳米粒适合递送基因药物。

3.2.2 纳米沉淀法 纳米沉淀法是将聚合物和要包封的物质分散在能与水互溶的有机相中，逐滴加入到含有脂质或被PEG修饰脂质的水相中，为使脂质均匀分散，水相通常需要加热至（65~70）℃，并不断搅拌，聚合物在水相中沉淀成纳米粒，由于疏水作用，脂质在聚合物纳米粒周围自组装（脂质的疏水尾部附着于聚合物核心，而亲水头部伸出至外部水相），形成稳定的LPHNPs[28]。Pramual S等[29]采用纳米沉淀法分别以卵磷脂和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000（DSPE-PEG 2000）为脂质外壳，聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）或聚羟基丁酸戊酯（PHBV）为聚合物内核，制备成两种LPHNPs，光敏剂pTHPP包裹于聚合物核中，与游离的光敏剂相比，该纳米粒提高了单线态氧的产生以及在人甲状腺癌细胞株FTC-133细胞的摄取率，以PLGA聚合物包封的光敏剂较快发挥治疗作用，可用于局部治疗；以PHBV聚合物包封的光敏剂延迟光诱导的细胞毒性作用，可能更适合肿瘤的治疗。纳米沉淀法较ESE法所得到的纳米粒粒径小，但包封率相对较低，特别是当包封水溶性药物时。

3.2.3 非传统的制备方法 传统的制备方法得到的LPHNPs稳定性较好、可同时包封多种药物，还可修饰不同靶向配体，提高载体的靶向性[11]。但是传统的制备方法由实验室转移到大生产时会产生工艺变异，如移液或涡流混合过程，这可能影响LPHNPs的质量和体内性能[30]，因此可控、可重复的工业化生产方法制约了LPHNPs的临床应用。近年来，基于微流体平台的快速混合方法在制备LPHNPs方面提供了独特的优势。Zhang L等[31]开发了一种两级微流体芯片技术，合成粒径相同的单层和双层的壳核结构LPHNPs，结果表明，单层LPHNPs具有更有效的细胞摄取率和抗癌疗效。Feng Q等[32]采用高通量两级微流体芯片技术，制备了粒径可控的LPHNPs，粒径的调节主要通过控制两级微流体芯片内的流速。微流体技术是功能性纳米粒合成的新兴方法，由于制备材料在微通道中充分混合和精确控制条件下，复杂结构的纳米颗粒可以以一步方式连续生成，纳米粒的粒径、结构、组成和机械性能都得到严格的控制，从而增强癌症的治疗效果以及改善癌症的诊断[33]。因此，微流体技术有望成为LPHNPs工业化的制备方法。

4 LPHNPs的应用

4.1 多种给药途径

注射给药，尤其是静脉注射，可在体循环中实现100%的生物利用度，从而导致药物快速发挥作用[9]；但游离抗癌药物经静脉给药后，因组织选择性差，易产生较大的毒副作用。Zhang LJ等[34]制备包封DOX的双亲型LPHNPs，其表面修饰含二硫键的化合物，可实现肿瘤部位的控释给药，体外实验表明，DOX/LPHNPs对肿瘤细胞有较强的细胞毒性，通过对肝癌小鼠尾静脉注射游离的DOX和DOX/LPHNPs，结果表明，该纳米粒有较强抗癌效果，通过对各组织器官中DOX的含量进行分析，发现注射游离的DOX主要积累在心脏和肾脏，而注射DOX/LPHNPs，DOX主要分布在肝脏和脾脏。

药物口服后需经过酸水解、酶降解、粘液和黏膜屏障等才能进入体循环系统，导致药物的生物利用度较低。此外，药物的理化性质，如水溶性差和渗透性低也导致口服吸收效率低。通过对LPHNPs的合理设计，可以调节药物释放特性、提高药物的包封率，使药物免受胃肠道环境的影响[35]。Ren T等[36]采用双重乳化法制备包封卡巴他赛（Cabazitaxel，CTX）的LPHNPs并通过修饰用于口服给药，可克服胃肠道屏障，改善CTX的生物利用度。该纳米粒由聚ε-己内酯和中链甘油三酯混合物为内核包封CTX，外壳为聚合物环氧乙烷（PEO），并以泊洛沙姆188修饰，以改善肠粘液渗透性，提高上皮细胞摄取率。CTX/LPHNPs口服生物利用度是CTX溶液口服生物利用度的7.3倍，该纳米粒表现出良好的肿瘤抑制效果，并减少了CTX引起的全身毒性。

LPHNPs系统也被证明能够通过皮肤、鼻及眼部屏障递送药物。Wang J等[37]制备以壳聚糖为聚合物内核的LPHNPs，比较研究游离的它与利多卡因（Lidocaine，LA）、利多卡因脂质体（LA-LPs）的体外透皮实验，以及对动物模型的局部麻醉效果，结果表明，LA-LPHNPs具有较好的体外皮肤渗透能力和体内局部麻醉作用。Fan Y等[38]制备含有抗原F1-V的LPHNPs，用于针对肺炎疫苗的鼻内接种，发现与等剂量的药物组合物的游离溶液治疗相比，该纳米粒经鼻上皮细胞可引发更强的细胞和体液免疫应答。Carbone C等[39]制备用于眼部给药的LPHNCs，以褪黑素为模型药物，评价不同阳离子涂层对LPHNCs性能的影响，研究发现，二甲基双十八烷基溴化铵涂层增强了LPHNCs的稳定性，且可实现LPHNCs的控释给药。

4.2 联合治疗

多药耐药性是许多癌症治疗的主要特征，是导致化疗失败的主要原因[40]。为克服多药耐药性，可向肿瘤部位同时递送抗癌药物与P-糖蛋白（P-gp）抑制剂，增加细胞内药物浓度，逆转其多药耐药性。Zhang J等[41]制备了同时包封紫杉醇（Paclitaxel，PTX）和 汉 防 己 甲 素（Tetrandrine，TET）的LPHNPs，并以iRGD肽（环状多肽，其序列为CRGDKGPDC，即半胱氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-赖氨酸-甘氨酸-脯氨酸-天冬氨酸-半胱氨酸）修饰，TET可与P-gp结合增加细胞内PTX的积累，通过细胞试验比较PTX+TET、PTX+TET/LPHNPs、PTX+TET/（iRGD）LPHNPs对A2780细胞的毒性，发现PTX+TET/（iRGD）LPHNPs纳米粒对A2780细胞具有较高的细胞毒性。与单药治疗相比，同时应用具有协同作用的抗癌药，可取得良好地治疗效果。Shuhendler AJ等[13]将癌症化疗药物DOX和MMC同时包封于LPHNPs，实验结果表明，该纳米粒可抑制小鼠乳腺癌细胞生长，与游离DOX+MMC相比，该纳米粒可有效规避耐药性。已有研究证实，FOLFIRINOX（为5-氟尿嘧啶、伊立替康、奥沙利铂和亚叶酸的组合物）治疗胰腺癌的疗效优于单用的吉西他滨，但是有较大毒副作用，限制了临床应用。Li F等[42]将FOLFIRINOX包封于被iRGD修饰的LPHNPs，与游离FOLFIRINOX治疗相比，该载药纳米粒有更高的抗肿瘤效果和较小的副作用。

4.3 诊断成像剂

根据美国癌症协会的资料，早期癌症患者治疗的存活率远高于晚期或转移期的癌症患者，这表明诊断在癌症治疗中的重要性。但是传统的荧光素和成像剂存在选择性和灵敏度低、循环时间短以及有毒性等弊端[43]。近年来，已有利用LPHNPs的稳定性和生物相容性作为诊断成像剂载体应用于核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）和计算机断层扫描（Computedtomography，CT）的报道。Aryal S等[44]采用一步法开发出应用于MRI的LPHNPs，其内核为疏水聚合物包裹超小超顺磁性氧化铁，PEG化的外壳上修饰Gd3+离子；该纳米粒在生理条件下表现出高稳定性和单分散性，且比传统基于Gd的造影剂高4倍的纵向弛豫，在以黑色素瘤小鼠为模型的体内研究结果表明，24 h后纳米粒积累在肿瘤组织中的量约为注射剂量的2%，并且仍然有接近注射剂量1%的LPHNPs在血液中循环，LPHNPs的表面修饰增强了纳米粒的渗透和保留效应，使其在恶性肿块中有更多和更长时间的累积。Dong YM等[45]制备了包封超小超顺磁性氧化铁和PTX的LPHNPs，用于动脉粥样硬化斑块的MRI及治疗，体内外结果均表明，该纳米粒是靶向诊断及治疗的有效方法。

4.4 基因治疗

基因治疗对于遗传性疾病和癌症具有很大的应用前景，基因药物可通过病毒载体传递，但该方法存在携带核酸能力有限、半衰期短、易产生炎症反应等缺点，限制了病毒性载体的应用[46]。基因药物也可通过非病毒载体传递，如阳离子脂质、阳离子聚合物，虽然已被证实在体外和体内模型中是有效的，但它们的临床潜力由于其不稳定性和全身给药毒性而受到极大限制[22]。为了克服这些问题，LPHNPs系统被开发用于递送基因药物，因为它们具有较高的稳定性和良好的生物相容性。Hasan W等[47]采用中性PLGA包封siRNA组成PLGA/siRNA颗粒，然后在该颗粒表面包裹带正电的脂质层，形成易内化进入细胞的LPHNPs，体外结果表明，该纳米粒可敲除与前列腺癌相关的基因。Zhu X等[48]开发了siRNA长循环纳米粒递送系统LPHNCs，纳米囊中siRNA与阳离子脂质形成粒径为26 nm左右的纳米复合物，该LPHNCs在血清中稳定性较好，24 h几乎无siRNA降解，与其对应的脂质体中的siRNA降解约70%，LPHNCs转染被荧光素酶标记的HeLa细胞后，荧光素酶基因沉默效率为95%。

5 总 结

与脂质纳米粒及聚合物纳米粒相比，LPHNPs药物递送系统的出现相对较晚，用于构建LPHNPs的材料通常来自上述纳米粒的GRAS（Generally recognized as safe）材料库，因此，这些材料的理化特性、降解途径和毒性等均己清晰。LPHNPs兼有脂质和聚合物两者的优点，且可以同时避免脂质和聚合物两者的缺点，这也是其在药物递送、成像、基因治疗等领域被广泛研究与应用的缘由。但是在LPHNPs药物递送系统由实验室向临床应用的转化过程中仍存在许多障碍：LPHNPs在体内的吸收、分布、代谢和排泄机制，以及LPHNPs与生物体相互作用影响因素的研究均不够深入；大多数LPHNPs是在实验室环境中小规模制备的，由工业化大规模生产相同性能的纳米粒的方法还需深入研究。