魏瀟萌，丁維明，李桂玲

細(xì)胞膜仿生納米粒的研究與應(yīng)用

魏瀟萌，丁維明，李桂玲

現(xiàn)今臨床使用的藥物絕大多數(shù)沒有靶向性而且生物利用度較低[1]，因此造成了許多藥物的非特異性毒性甚至產(chǎn)生其他嚴(yán)重的副作用[2]?，F(xiàn)代藥物制劑專家們致力于開發(fā)可靶向性遞送藥物至病灶部位的藥物遞送載體，以期實(shí)現(xiàn)藥物的定時、定位、定量釋放目的。目前已開發(fā)的藥物遞送載體材料通常為人工合成高分子化合物，根據(jù)使用目的不同對載體材料或載體表面進(jìn)行修飾。但是這種修飾往往并不能完全發(fā)揮識別體內(nèi)復(fù)雜的內(nèi)源性物質(zhì)的作用，而且有時甚至還會被視為外源性毒物排出體外，無法按照設(shè)計預(yù)期到達(dá)病灶部位并發(fā)揮應(yīng)有的療效。于是出現(xiàn)了基于細(xì)胞、內(nèi)源性蛋白及病原體的三大類仿生型藥物遞送系統(tǒng)[3]。仿生藥物遞送系統(tǒng)通過模擬體內(nèi)物質(zhì)或感染力較強(qiáng)的病原體結(jié)構(gòu)功能，復(fù)制其體內(nèi)過程，將藥物準(zhǔn)確遞送至靶部位，從而產(chǎn)生最小不良反應(yīng)，獲得最佳治療效果。隨著研究的不斷深入，近年來，細(xì)胞膜仿生納米粒（cell membrane-coated biomimetic nanoparticle）引起了研究者們極大關(guān)注，它將合成的納米粒與天然生物來源材料結(jié)合在一起，使兩者優(yōu)勢互補(bǔ)形成一種新型仿生生物系統(tǒng)[4-6]。

細(xì)胞膜仿生納米粒主要采用天然細(xì)胞膜作為外殼來包載合成的納米粒內(nèi)核而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)給藥目的及用途，細(xì)胞膜仿生納米粒中的細(xì)胞膜可采用紅細(xì)胞膜[5,7-8]、白細(xì)胞膜[9]、腫瘤細(xì)胞膜[10]、細(xì)菌細(xì)胞膜[11]等；而納米粒內(nèi)核可采用PLGA[7-8]、明膠[12]、金粒子[13]、納米多孔硅[9]等。通過這一策略，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能，尤其是細(xì)胞膜表面的特異性功能蛋白得以保留；而合成的納米粒作為核心，不但可以起到支撐作用，還可以荷載藥物或進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾。這些細(xì)胞膜仿生納米粒在納米醫(yī)學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的發(fā)展?jié)摿?，擁有著廣闊的應(yīng)用空間。

這種新型細(xì)胞膜仿生納米粒已經(jīng)在抗腫瘤、抗感染、解毒等研究領(lǐng)域開始應(yīng)用。本文將從應(yīng)用領(lǐng)域的視角，對近年來細(xì)胞膜仿生納米粒的研究與成果進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞膜仿生納米粒在抗腫瘤領(lǐng)域的研究

1.1 現(xiàn)代抗腫瘤納米遞送系統(tǒng)

現(xiàn)代腫瘤藥物遞送的幾大關(guān)鍵在于免疫系統(tǒng)逃逸、血管透過以及以有效量到達(dá)腫瘤組織[14]。納米粒藥物遞送系統(tǒng)在抗腫瘤方向的應(yīng)用近年來一直是研究的熱點(diǎn)。納米粒藥物遞送系統(tǒng)具有延長藥物半衰期、提高特異位點(diǎn)靶向性、減少副作用、增強(qiáng)療效等優(yōu)勢[15]。另外納米粒的物理化學(xué)性質(zhì)，例如：粒徑、形態(tài)、表面電位都會通過影響腫瘤組織的滲透和滯留效應(yīng)（EPR 效應(yīng)）來影響腫瘤的被動靶向[16]。為了延長藥物載體在體內(nèi)的循環(huán)時間，科學(xué)家們在納米粒表面修飾聚乙二醇（PEG）；還利用化學(xué)偶聯(lián)等手段修飾活性分子靶頭，如抗體或適配體、細(xì)胞穿膜肽等，以增強(qiáng)納米粒的特異性識別和穿膜作用，從而增強(qiáng)主動靶向腫瘤細(xì)胞的能力。但很多研究結(jié)果表明，納米粒遞送系統(tǒng)對藥物的輸送并沒有發(fā)揮其充分的潛力[17-18]；避免調(diào)理素作用和非特異性清除依然是一個挑戰(zhàn)[19]；而且 PEG 的使用并不能完全避免清除作用，卻最終激活了人體的補(bǔ)體系統(tǒng)[20]。具有長循環(huán)特性的納米粒顯示出在有血管內(nèi)皮孔洞的腫瘤部位聚集的特性，但不幸的是，并非所有腫瘤組織都有血管內(nèi)皮孔洞的特性，在這種情況下，現(xiàn)有的依賴腫瘤組織 EPR 效應(yīng)的納米粒將會失去其作用效果[9]。另外，單一靶點(diǎn)修飾的納米粒很難適應(yīng)體內(nèi)復(fù)雜的生理環(huán)境，在進(jìn)入動物或人體后很難出現(xiàn)體外實(shí)驗(yàn)同樣良好的藥效。因此，在抗腫瘤納米遞送領(lǐng)域，有助于藥物選擇性透過血管并滲透腫瘤組織的新型載體將成為研究的重點(diǎn)。

1.2 細(xì)胞膜仿生納米粒對抗腫瘤藥物的遞送

近年來，細(xì)胞膜仿生納米粒的研究為抗腫瘤藥物的遞送提供了新思路。細(xì)胞膜仿生型藥物遞送系統(tǒng)，以自體細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞膜包覆載藥納米粒，不僅可以避免免疫系統(tǒng)的清除作用，也增強(qiáng)了整個藥物遞送系統(tǒng)對靶細(xì)胞或靶組織的識別能力。

腫瘤組織的生長除了要依賴豐富的毛細(xì)血管提供營養(yǎng)物質(zhì)外，還依賴腫瘤細(xì)胞間的相互黏附作用。2014年，F(xiàn)ang等[10]首次利用腫瘤細(xì)胞間的表面黏附特性，構(gòu)建了由MDA-MB-435 乳腺癌細(xì)胞提取的細(xì)胞膜包覆聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）納米粒的藥物遞送載體。這種腫瘤細(xì)胞膜包覆的納米粒載體，相比于之前用紅細(xì)胞膜包覆的納米粒載體在細(xì)胞攝取能力上提高了 20 倍。

Sun 等[21]構(gòu)建了一種用 4T1 乳腺癌細(xì)胞膜包覆的納米粒，用于包載抗腫瘤藥物紫杉醇。通過 SDS 葡聚糖凝膠電泳、Western blot 等實(shí)驗(yàn)證明，構(gòu)建的該藥物遞送系統(tǒng)具備腫瘤細(xì)胞膜上與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的特異黏附分子如Thomsen-Friedenreich 抗原、E-cadherin、CD44 以及CD326；而且通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)也證明了該系統(tǒng)可將紫杉醇靶向遞送至同型原位腫瘤細(xì)胞和轉(zhuǎn)移細(xì)胞，并且可以躲避巨噬細(xì)胞的攝取，增加體內(nèi)循環(huán)時間。

Zhu 等[22]構(gòu)造了用不同種腫瘤細(xì)胞細(xì)胞膜包覆磁性氧化鐵納米粒的仿生納米遞送系統(tǒng)（MNPs@CCCM）。通過各項(xiàng)試驗(yàn)表明，這種仿生的細(xì)胞膜磁性納米?？梢栽隗w外高度特異性識別原始細(xì)胞系，而且也在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出對腫瘤組織的靶向性歸巢能力，甚至在其他競爭性癌細(xì)胞系同時存在的情況下也能夠表現(xiàn)出特異性歸巢能力。因此這種細(xì)胞膜仿生生物體系在今后腫瘤的診斷和治療方面都展現(xiàn)了巨大潛力。

實(shí)體瘤具有募集多種細(xì)胞以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長的特質(zhì)，腫瘤發(fā)生時常伴隨結(jié)締組織的生成，為滿足腫瘤部位結(jié)締組織基質(zhì)細(xì)胞不斷增加的需要，干細(xì)胞通常會被募集至腫瘤部位。間充質(zhì)干細(xì)胞因?yàn)榧?xì)胞膜表面可表達(dá)細(xì)胞間黏附分子（intercellular cell adhesion molecule，ICAM）和血管細(xì)胞黏附分子（vascular cell adhesion molecule，VCAM），恰好滿足被腫瘤細(xì)胞募集的特性[23-24]。Toledano Furman 等[25]證明了間充質(zhì)干細(xì)胞的細(xì)胞膜納米膜小體（MSCs-NG）具備體內(nèi)外對腫瘤組織的靶向特性，而且可以通過血液濾過作用從器官中清除，表現(xiàn)出良好的生物相容性。載藥后的MSCs-NG 對人前列腺癌的抑制率高達(dá) 80%。Gao 等[26]正是利用此特性，構(gòu)建了間充質(zhì)干細(xì)胞膜包覆載阿霉素明膠納米粒的仿生遞送載體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該載體可優(yōu)先聚集在腫瘤部位，并通過釋放阿霉素達(dá)到對腫瘤的殺傷作用。

由于巨噬細(xì)胞和前單核吞噬細(xì)胞的細(xì)胞膜表面能特異性表達(dá) CD49d，而 CD49d 是一種能與靶細(xì)胞表面的VCAM-1 相結(jié)合的整合素蛋白異二聚體，因此也能被募集至腫瘤部位。用這些細(xì)胞膜對載阿霉素的納米粒進(jìn)行包覆所構(gòu)建的藥物遞送系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)證可以提高 MCF-7 乳腺癌細(xì)胞對藥物的攝取能力，并且能夠抑制 4T1 細(xì)胞的增殖[27-28]。

Fu 等[29]直接將 RAW264.7 巨噬細(xì)胞與抗腫瘤藥物阿霉素進(jìn)行孵育，形成一種生物載藥體系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這一體系并未顯著影響巨噬細(xì)胞的活性，而且阿霉素也能從體系中釋放并保持活性。多項(xiàng)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明RAW264.7 細(xì)胞對小鼠乳腺癌細(xì)胞 4T1 有特異的靶向性質(zhì)，而載藥并未改變這一特性。

Cao 等[30]的研究同樣利用 RAW264.7 巨噬細(xì)胞，提取其細(xì)胞膜，對載藥脂質(zhì)體進(jìn)行包覆修飾。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)胞膜包覆修飾后的載藥脂質(zhì)體增強(qiáng)了對轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞 4T1 的攝取作用，而且會對細(xì)胞活性產(chǎn)生抑制作用。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)胞膜的包覆修飾增加了其對轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞的靶向性，而且更有效抑制了 4T1 癌細(xì)胞的肺轉(zhuǎn)移活性。

1.3 抗腫瘤疫苗的研究

眾所周知，作為免疫療法的一種，疫苗已經(jīng)在抗感染領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大成功。隨著研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展，近年來免疫療法在抗腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用也引起了科學(xué)家們的密切關(guān)注，而且已有成功產(chǎn)品上市并應(yīng)用于臨床?，F(xiàn)有抗腫瘤疫苗主要分為兩種，一種是通過物理、化學(xué)或生物學(xué)方法對自身或異體腫瘤細(xì)胞進(jìn)行處理，改變甚至消除其致瘤性，同時保留其免疫原性；另一種是合成納米粒，并對納米粒表面進(jìn)行人工修飾，使其具備免疫原性。無論哪種，基本原理都是一致的，疫苗注入機(jī)體后都可促使免疫系統(tǒng)發(fā)生免疫應(yīng)答，誘發(fā)特異性免疫反應(yīng)，是一種主動免疫治療方法。

機(jī)體能否對腫瘤細(xì)胞做出回應(yīng)的關(guān)鍵在于讓免疫系統(tǒng)識別正確的特征抗原，而這種應(yīng)答就要依賴一系列所謂的專一抗原呈遞細(xì)胞（antigen presenting cells，APCs），其中最重要的一類抗原呈遞細(xì)胞為樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs），這類細(xì)胞可以識別抗原并且會激發(fā)下游免疫反應(yīng)，所以設(shè)計有效的抗腫瘤疫苗有以下關(guān)鍵點(diǎn)：①選擇正確的腫瘤特異性抗原材料；②含有免疫增強(qiáng)佐劑以推動下游免疫反應(yīng)；③可將佐劑和抗原順利遞送至抗原呈遞細(xì)胞。然而，盡管科學(xué)家們已為此付出了很多努力，結(jié)果卻不盡如人意[31]。

實(shí)際上，機(jī)體均具有能力識別并破壞自身的異常細(xì)胞，而且在正常情況下，免疫系統(tǒng)時時刻刻都在檢測和摧毀異常細(xì)胞的生長[32]。所有腫瘤細(xì)胞必須設(shè)法避免或者克服這種天然的屏障，而腫瘤疫苗發(fā)展的目標(biāo)就是去更好地訓(xùn)練機(jī)體檢測并消除腫瘤細(xì)胞[33]。

截止目前，單一抗原的抗腫瘤疫苗表現(xiàn)出最大的希望，而且也已有許多制劑正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)；但是像很多單一靶點(diǎn)治療方法一樣，它們?nèi)菀资艿饺諠u增強(qiáng)的免疫抵抗的影響[34]。另一方面，以裂解患者腫瘤細(xì)胞為基礎(chǔ)的疫苗制劑，雖然表現(xiàn)出理想的復(fù)合抗原材料的特性，但由于也表達(dá)了大量的干擾抗原而影響了疫苗的效果[35]。

然而，近年來細(xì)胞膜仿生納米粒的發(fā)展為腫瘤免疫治療開辟了新的方向。這種新型制劑是將天然來源的腫瘤細(xì)胞膜融合包覆到聚合物納米顆粒表面[10]，其優(yōu)勢在于可以采集患者自身腫瘤細(xì)胞以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的個性化治療，而且聚合物內(nèi)核還可以荷載多種藥物以更好地調(diào)整抗腫瘤免疫應(yīng)答。

Fang 等[10]將單磷酰脂質(zhì) A（MPLA，一種 FDA 批準(zhǔn)的可以結(jié)合 TLR-4 受體的脂多糖衍生物）結(jié)合到細(xì)胞膜包覆的納米粒上，作為一種免疫佐劑來促進(jìn)免疫應(yīng)答。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，未結(jié)合 MPLA 的細(xì)胞膜仿生納米粒和樹突狀細(xì)胞共孵育結(jié)果與空白組之間沒有顯著差異，但結(jié)合 MPLA 后的細(xì)胞膜仿生納米粒與樹突狀細(xì)胞共孵育后，樹突狀細(xì)胞成熟標(biāo)記物 CD40、CD80、CD86 都有明顯上升，而且在倒置顯微鏡下觀察到 T 淋巴細(xì)胞在結(jié)合 MPLA 組的樹突狀細(xì)胞周圍也有明顯聚集。上述結(jié)果均表明，結(jié)合了佐劑MPLA 的細(xì)胞膜仿生納米?？梢愿行У卮龠M(jìn)樹突狀細(xì)胞的成熟并引發(fā)腫瘤特異的 T 細(xì)胞免疫應(yīng)答。

Guo 等[36]進(jìn)行了更深入的研究，他們開發(fā)了紅細(xì)胞膜包裹抗原肽（hgp10025-33）修飾的 PLGA 納米粒，并且將甘露糖（Man）插入紅細(xì)胞膜以增強(qiáng)對淋巴器官的靶向性?？乖暮?PLGA 的結(jié)合采用具有氧化還原響應(yīng)性的二硫鍵（-S-S-），不僅可以在體內(nèi)形成智能釋放機(jī)制，還可以起到細(xì)胞內(nèi)黏附作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米疫苗PLGA-S-S-hgp@Man-RBC NPs（Man-RBC-NPhgp）有效地保留了紅細(xì)胞膜上的蛋白，而且增強(qiáng)了體外細(xì)胞攝取能力。比較皮下注射 Man-RBC-NPhgp、RBC-NPhgp、PLGA-NPhgp、PBS 各組別的結(jié)果表明，納米疫苗可以延長腫瘤發(fā)生的時間，抑制腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移，預(yù)防和治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤模型。另外，他們也發(fā)現(xiàn)該納米疫苗有效增強(qiáng)了干擾素 γ 的分泌和 CD8+T 細(xì)胞的反應(yīng)。上述結(jié)果證明，將紅細(xì)胞膜包裹的聚合物納米探針應(yīng)用于腫瘤免疫治療的抗原傳遞系統(tǒng)方面具有巨大潛力，為未來的抗腫瘤疫苗模式提供了重要方向。

1.4 腫瘤的光熱療法與成像

一個活躍的細(xì)胞膜包覆的納米粒子，由于膜抗原和膜結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)特異性識別的功能。Chen 等[37]將癌細(xì)胞膜修飾在富含靛青綠（ICG）的聚合物納米粒表面，形成仿生納米粒 ICNPs。由于癌細(xì)胞膜表面的同源黏附分子，ICNPs 在體內(nèi)顯著提高了同源癌細(xì)胞的聚集和細(xì)胞內(nèi)吞作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有核殼結(jié)構(gòu)的 ICNPs 靶向特定腫瘤細(xì)胞的單分散性良好，有較好的光熱響應(yīng)性和優(yōu)良的熒光成像性。通過NIR-FL/PA 雙模態(tài)成像，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測 ICNPs 的體內(nèi)動態(tài)分布；而且在近紅外線的照射下，ICNPs 的高效光熱療法可以有效根除腫瘤。無疑這一研究結(jié)果是令人振奮的，而且也為腫瘤靶向成像和光熱治療提供新的方向。

2 細(xì)胞膜仿生納米粒在抗菌領(lǐng)域的研究

近年來抗生素耐藥問題已經(jīng)引起了全球科學(xué)界的高度關(guān)注，因?yàn)槟退巻栴}的產(chǎn)生，許多曾經(jīng)的救命藥已是“英雄無用武之地”，有些細(xì)菌感染也變得無藥可醫(yī)。全球每年死于抗生素耐藥的約有 70 萬人，有專家預(yù)測，如果不努力降低細(xì)菌耐藥性或者開發(fā)新的抗生素，到 2050年該數(shù)量將達(dá)到 1000 萬。盡管臨床迫切需要有效的抗菌藥物，但是傳統(tǒng)抗生素的開發(fā)流程現(xiàn)在只能生產(chǎn)出非常少量的新化合物，而且有限的市場空間也使得一些制藥公司放棄毫無利潤可言的新型抗生素研發(fā)工作，種種原因都導(dǎo)致新型抗生素開發(fā)速度緩慢，無法應(yīng)對日益嚴(yán)峻的耐藥問題[38]。所以藥劑專家們轉(zhuǎn)變思路，選擇開發(fā)新型抗菌藥物遞送系統(tǒng)，這將是解決抗生素耐藥問題的一條新思路。在這些新研發(fā)的抗菌遞送系統(tǒng)中，細(xì)胞膜仿生納米粒也有一些研究和應(yīng)用。

2.1 吸附毒素因子

很多細(xì)菌的致病機(jī)制是通過釋放致孔毒素來使細(xì)胞裂解破壞最終死亡。Hu 等[5]通過設(shè)計一種紅細(xì)胞膜包覆的仿生納米海綿來捕獲體內(nèi)的毒素，以達(dá)到解毒作用，而最終實(shí)現(xiàn)抗細(xì)菌感染的目的。在他們的研究中，采用紅細(xì)胞膜包覆聚合物納米粒內(nèi)核，紅細(xì)胞膜外殼提供了一種理想的模型，無論毒素的分子結(jié)構(gòu)如何，紅細(xì)胞膜都可以將其捕獲；而內(nèi)部的聚合物內(nèi)核則可以穩(wěn)定支撐紅細(xì)胞膜外殼，延長體內(nèi)循環(huán)時間以充分捕獲血液中的毒素。體外溶血實(shí)驗(yàn)等結(jié)果表明，該納米海綿相比于其他對照組 PEG-PLGA、PEG-脂質(zhì)體、單獨(dú)紅細(xì)胞膜小體等，表現(xiàn)出了對致孔毒素 α-毒素特異的吸附作用。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只注射 α-毒素的小鼠注射部位發(fā)生炎癥和水腫，而注射納米海綿的實(shí)驗(yàn)組未出現(xiàn)炎癥和水腫現(xiàn)象。以上結(jié)果均證明構(gòu)建的這種仿生納米海綿可以有效捕獲致孔毒素并達(dá)到解毒的作用。

2.2 抗生素的遞送

與靶向于循環(huán)腫瘤細(xì)胞相似的是，血小板細(xì)胞膜包覆的納米粒也可以靶向條件致病菌，因?yàn)榧?xì)菌可以將血小板視為一種偽裝自己從而逃逸免疫系統(tǒng)的方式，血小板還可以幫助細(xì)菌定位于特定的易感染組織[39]。基于這一機(jī)制，Hu 等[40]構(gòu)建了一種血小板細(xì)胞膜包覆可生物降解的 PLGA 納米粒。體外細(xì)菌結(jié)合力比較試驗(yàn)中，相對于裸納米粒，血小板包覆的納米粒對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的結(jié)合能力高出 12 倍。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中比較了不同給藥劑量游離萬古霉素組、紅細(xì)胞膜包覆載萬古霉素 PLGA 納米粒組（RBC-NP-Vanc）和血小板細(xì)胞膜包覆載萬古霉素 PLGA納米粒組（PNP-Vanc）對細(xì)菌感染小鼠模型給藥后各器官和血液內(nèi)細(xì)菌數(shù)量的差異。結(jié)果表明，PNP-Vanc 組優(yōu)于游離萬古霉素給藥的兩組和 RBC-NP-Vanc 組，而且相同效果下 PNP-Vanc 的萬古霉素用量僅為臨床使用量的六分之一。

2.3 抗感染疫苗

目前臨床使用的抗菌疫苗多是利用滅活的毒素或者細(xì)菌作為疫苗激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生體液免疫以對抗抗原。但在抗原材料的滅活過程中，把握好安全性和有效性之間的平衡是關(guān)鍵點(diǎn)也是難點(diǎn)之一。

Hu 等[5]將致孔毒素（PFTs）加載到紅細(xì)胞膜包覆的納米粒上，形成一種毒素疫苗。通過紅細(xì)胞膜包覆納米粒對葡萄球菌 α-溶血素（Hla）的自發(fā)捕獲，證明了毒素的有效中和作用。之后在小鼠體內(nèi)免疫實(shí)驗(yàn)中，與加熱滅活的毒素相比，含毒素的細(xì)胞膜包覆納米粒表現(xiàn)出更好的體內(nèi)免疫效果。

Wang 等[41]進(jìn)行了更深入的研究，在 MRSA 菌皮膚感染的小鼠模型上研究了仿生納米粒為載體的抗毒力疫苗的效果。這種用葡萄球菌 α-溶血素修飾的納米顆粒 NT(Hla)疫苗可有效觸發(fā)小鼠的免疫反應(yīng)，并誘導(dǎo)高抗 HLA 滴度。與對照組未修飾 α-溶血素的紅細(xì)胞膜包覆納米粒 NT(-)接種后結(jié)果比較，NT(Hla) 接種后表現(xiàn)出對 MRSA 皮膚感染更有效的保護(hù)性免疫。接種 NT(Hla) 疫苗不僅能抑制細(xì)菌感染部位的病灶形成，還可以減少 MRSA 的侵襲，防止其傳播到其他器官?？偠灾?，這種仿生納米毒素免疫策略為有效的抗毒力疫苗設(shè)計提供了一種新思路，為預(yù)防和治療細(xì)菌感染提供了一種有前途的新方法。

Gao 等[11]構(gòu)建了一種特殊的細(xì)菌細(xì)胞膜包覆納米?？咕呙?。研究者們將大腸埃希菌作為一種模式病原體，分離出細(xì)菌外膜并且成功地將其包覆于金納米粒中，得到直徑為30 nm 的細(xì)菌細(xì)胞膜包覆的金納米粒（BM-AuNPs）。相比于未包覆的金納米粒，BM-AuNPs 在 PBS 中的穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)；對 CD-1 小鼠進(jìn)行皮下注射后，BM-AuNPs 加快了淋巴結(jié)中樹突細(xì)胞的成熟；而且用 BM-AuNPs 進(jìn)行免疫，相比僅用細(xì)菌細(xì)胞膜進(jìn)行刺激，可產(chǎn)生更強(qiáng)烈、更持久的免疫應(yīng)答。對 IFN-γ、IL-17 的影響結(jié)果也表明細(xì)菌細(xì)胞膜和金納米內(nèi)核的協(xié)同作用。

3 細(xì)胞膜仿生納米粒的其他應(yīng)用

3.1 有機(jī)磷中毒的解毒

有機(jī)磷為殺蟲劑的主要成分，同時也被視為一種殺傷性武器，一旦中毒可以導(dǎo)致不可逆磷酸化和乙酰膽堿酯酶的滅活，而乙酰膽堿在體內(nèi)蓄積就會導(dǎo)致不可逆的神經(jīng)肌肉毒性。受紅細(xì)胞膜表面表達(dá)乙酰膽堿酯酶的啟發(fā)，科學(xué)家構(gòu)建了一種紅細(xì)胞膜包覆聚合物納米粒構(gòu)成的納米海綿結(jié)構(gòu)，用于有機(jī)磷中毒的解毒。紅細(xì)胞膜納米海綿可以在體循環(huán)中循環(huán)較長時間，當(dāng)發(fā)生有機(jī)磷急性中毒時，納米海綿可與有機(jī)磷結(jié)合，直到它們在肝臟中被順利代謝。在體外實(shí)驗(yàn)中，仿生納米粒紅細(xì)胞膜上的乙酰膽堿酯酶活性得以保留，能夠吸附有機(jī)磷、敵敵畏殺蟲劑等。在有機(jī)磷中毒模型小鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，仿生納米粒能提高血液中乙酰膽堿酯酶的活性，顯著提高了小鼠的生存率[42]。

3.2 細(xì)胞磁共振成像

超微超順磁性氧化鐵（USPIO）顆粒在細(xì)胞磁共振成像中是十分有用的，它對發(fā)展干細(xì)胞療法起著重要作用。然而，USPIO 在細(xì)胞內(nèi)標(biāo)記效率低、生物安全性也難以保障，限制了其有效應(yīng)用。Chang 等[43]開發(fā)了一種由紅細(xì)胞膜包裹USPIO 顆粒遞送至人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞來進(jìn)行體內(nèi)外細(xì)胞成像的體系。通過細(xì)胞存活率實(shí)驗(yàn)、分化和基因芯片檢測，表明該生物體系對間充質(zhì)干細(xì)胞具有高度的生物安全性，而且作為細(xì)胞內(nèi)遞送載體，在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用上也具有很大的潛能。

4 總結(jié)和展望

細(xì)胞膜仿生納米粒作為一種新型的多功能給藥體系，具備合成體系和生物體系兩者的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了兩者各自的缺陷。用細(xì)胞膜包覆后的納米粒獲得了來源細(xì)胞所具備的獨(dú)特生物學(xué)功能，而這一點(diǎn)是通過傳統(tǒng)的化學(xué)合成方式所不能達(dá)到的。但是，細(xì)胞膜仿生納米粒的研究在國內(nèi)外均處于起步階段，依然存在不少問題。首先，這一理想化模型在構(gòu)建過程中，表征和驗(yàn)證手段非常有限，以現(xiàn)有的技術(shù)方法和研究手段，僅能利用透射電子顯微鏡（TEM）對細(xì)胞膜包覆后的納米粒進(jìn)行形貌上的確證，而沒有更為全面、準(zhǔn)確的方法對這一模型進(jìn)行驗(yàn)證。其次，對于不同種類的細(xì)胞，細(xì)胞膜的分離制備雖然在總體上均可采用密度梯度離心或差速離心的方法，但在實(shí)際操作中細(xì)胞磨碎方式有研磨、均質(zhì)、超聲等方法，離心也有不同的參數(shù)條件，這些方法和條件如何選用才能提高細(xì)胞膜提取效率，并沒有明確的判斷依據(jù)，且每一步的離心所得產(chǎn)物也無法得知其具體成分。此外，細(xì)胞膜作為一種生物材料，其穩(wěn)定性不如人工合成的材料，這也會在一定程度上限制其應(yīng)用。最后，也是非常重要的一點(diǎn)，細(xì)胞膜的收率極低，提取微量細(xì)胞膜就需要培養(yǎng)多達(dá)幾億細(xì)胞，這不僅大大增加了科研成本，而且也不利于今后可能的生產(chǎn)實(shí)際要求。因此，細(xì)胞膜仿生納米粒這一理想模型最后能否走出實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于實(shí)際，還有賴于科學(xué)家們探索更加高效的原生細(xì)胞膜的分離方法和表征手段。雖然存在一些現(xiàn)實(shí)弊端，但細(xì)胞膜包覆納米仿生生物系統(tǒng)的天然優(yōu)勢和廣泛應(yīng)用潛能是不可否認(rèn)的，可以預(yù)見今后這一細(xì)胞膜仿生納米粒的研究將涉及更多種類的細(xì)胞和更多疾病治療領(lǐng)域，如心血管疾病、神經(jīng)性疾病等眾多領(lǐng)域。相信細(xì)胞膜仿生納米粒的發(fā)展必將推動納米療法在疾病治療和診斷方面的進(jìn)步。

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2017-05-03