李煒燁 杜紫薇 王慧敏 鮮佳蕓 王佳麗 蔡 政
(南京醫(yī)科大學藥學院,江蘇 南京 211166)
癌癥作為影響全球人類生命健康的疾病,其關注度一直居高不下[1]。國際癌癥研究報告數據顯示,2012 年全球新發(fā)癌癥病例 1410萬,因癌癥死亡人數為820 萬;預計至 2020 年,上述數據將分別增至 1685 萬和 1016 萬。
開發(fā)出高效的抗癌藥物一直是人們關注的話題。然而傳統(tǒng)抗癌藥物具有生物利用度低、吸收度差、毒性大等一系列缺點,為了克服以上各種缺點開發(fā)出了新型靶向藥物,通過查閱大量文獻我們總結了一些目前已經存在的可以作為靶向遞藥系統(tǒng)的載體以及制備方法。
藥物載體是隨生物材料科學 、臨床醫(yī)學及藥物學的發(fā)展而逐漸興起的一種醫(yī)用生物材料制品。它的本質特征是作為藥物的承載者進人人體,使藥物更好地發(fā)揮效力。作為植入人體的材料,必需具有生物相容性好、無毒副作用、對于人體無害的特點。目前已得到應用的各種藥物載體的優(yōu)點在于使藥物釋放的部位、速度、方式等具有選擇性和可控性。這也是藥物載體在短時間內得到較大發(fā)展的原因之一,其中部分研究成果已應用于臨床[2]。
藥物的載體,按照在人體中是否可以被降解分為三類,可降解的天然高分子聚合物,可降解的合成高分子聚合物以及不可降解的靶向納米材料。
1.1.1殼聚糖
殼聚糖(Chitosan,CS)是甲殼質脫乙?;苌?,廣泛分布于甲殼類動物、昆蟲和部份微生物細胞壁中。是僅次于纖維素的第二大多糖類。殼聚糖有很好的生物相容性和生物活性,無毒,易于生物降解。分子中具有氨基與羥基易發(fā)生化學反應以及特有的黏膜黏附性,近年來,人們利用上述性質制備殼聚糖納米粒靶向傳遞藥物。然而,盡管殼聚糖所形成的納米粒載體,具有水溶性、正電性、低毒性、粘膜粘附性、生物降解性、生物相容性、無致突變性、低免疫反應、易大量生產、易組裝改性、可重復給藥、制備方便、良好的緩釋和控釋作用的特點。但是殼聚糖仍存在溶解度差、轉染率低、靶向能力弱的缺點,因此對殼聚糖進行改性,如聚乙二醇殼聚糖、季銨化殼聚糖,尤其是對殼聚糖的多官能團改性,這些改性得到的殼聚糖衍生物納米粒載體具有更廣闊的前景[3]。
1.1.1.1 珀酰殼聚糖
珀酰殼聚糖(N-succinyl chitosan, SCS)為載體,以阿霉素(doxorubicin, Dox)為模型藥物,制備siRNA/LDL偶聯(lián)的阿霉素N-琥珀酰殼聚糖納米粒(Dox-siRNA/LDL-SCS-NPs)。對皮下瘤和肝原位瘤具有良好的靶向性[4]。
1.1.1.2 羧甲基殼聚糖納米粒
羧甲基殼聚糖納米粒,裝載雷公藤紅素,合成的納米粒可以明顯的改善雷公藤紅素溶解度和降低其毒性,并且其體內、體外抗炎效果均得到一定程度的提高[5]。
1.1.2透明質酸
透明質酸(hyaluronic acid,HA)是一種大分子葡萄氨基多糖,分子量為4000萬~8000萬,是構成細胞外基質和胞間質的主要成分。HA具有良好的生物相容性、可降解性、高粘彈性及非免疫原性的性質。而且HA本身具有識別腫瘤細胞表面過度表達的CD44受體的能力,可以將抗腫瘤藥物靶向傳遞到腫瘤細胞內,從而更好的殺死腫瘤細胞[6]。Nascimento等人將HA與脂質體交聯(lián)起來合成新的載體,提高了識別腫瘤細胞表面過表達受體的能力[7]。Shabani Ravari等人在裝載多烯紫杉醇的透明質酸外覆蓋了一層殼聚糖后發(fā)現抗腫瘤效果得到提升[8]。
乳鐵蛋白是一種從乳汁中提取得到的與免疫系統(tǒng)有關的蛋白質。乳鐵蛋白除了具有能夠結合和運輸鐵離子的功能外, 還具有廣譜抗菌、抗病毒、抗寄生蟲、抗輻射、抑制腫瘤細胞生長及調節(jié)機體免疫反應等活性。[9]隨著研究的深入, 乳鐵蛋白作為藥物載體的研究越來越受到廣泛關注。
Kumari等人[10]以溶膠油法將5-氟尿嘧啶裝載到乳鐵蛋白納米顆粒上,形成了一種5-FU-LfNPs載體。這種粒子大小為150 +/- 20 nm,表現出高的藥物包封率以及在4攝氏度下較高的儲存穩(wěn)定性,且藥物釋放有pH依賴性。相比于游離的5-FU,5-FU - LfNPs表現出較高的細胞攝取,較長的保留時間和對黑色素瘤細胞(B16F10)有更高的細胞毒性。
Xiao等人[11]采用熔融-乳化法制備姜黃素納米脂質載體(Cur-NLCs),通過靜電作用在姜黃素納米脂質載體表面吸附乳鐵蛋白,得到不同乳鐵蛋白含量修飾的Lf-Cur-NLCs。小鼠體內實驗的結果,表明乳鐵蛋白姜黃素納米脂質載體在血漿中具有較好的穩(wěn)定性,體外釋放具有明顯的緩釋特征而且能主動靶向腦組織。
2.1PEG
聚乙二醇(PEG)是指環(huán)氧乙烷的寡聚物或聚合物,是目前應用最廣泛的長循環(huán)修飾材料。由于PEG電中性、親水性以及較大的空間位阻,經PEG修飾的納米載體會在表面形成水化膜,增加載體的穩(wěn)定性,有效阻止組織調理素的識別以及血漿蛋白的吸附,并且避免網狀內皮系統(tǒng)(reticuloendothelial system,RES)的吞噬[12]。但研究發(fā)現靜脈重復注射PEG化納米微??杉铀傺呵宄?accelerated biood clearance,ABC)效應,降低臨床使用效果[13]。Phuong Thu Ha等在高溫情況下,在甲苯中由開環(huán)的共聚物合成聚(丙交酯)琥珀酸生育酚聚乙二醇,能夠增加載藥量并且能夠通過EPR效應(enhancedperme ability and retention effect)使其在腫瘤部位以聚集增強細胞的吸收和細胞毒性[14]。
聚合物膠束系指兩親性聚合物在水介質中能夠自組裝成具有核-殼結構的納米膠束,具有熱力學和動力學穩(wěn)定、可脫水貯存及自然水合等突出特點,且在體內具有長循環(huán)特征,能夠將藥物靶向到腫瘤等組織,增強細胞膜滲透。由于以上種種優(yōu)良性質,聚合物膠束已經成為新型藥物載體,運用十分廣泛。膠束的共聚物材料多種,例如葉酸,紫杉醇,多肽等,構建聚合物膠束的方法也是多種多樣。例如,其中一種方法可采用薄膜水合法制備載藥膠束,再通過EDC/NHS縮合法將IL-13錨定在聚合物膠束的表面,制備具有主動腦靶向能力的膠束載藥系統(tǒng)(BCNU-loaded IL-13 modified micelle,BCNU-M-IL13)。以二硬脂?;字R掖及?聚乙二醇(DSPE-PEG)/二氨基聚乙二醇硬脂?;字R掖及?DSPE-PEG-NH2)為載體,包載抗腫瘤藥物BCNU, ,體外抗腫瘤活性明顯增強,腦內半衰期得到顯著改善[15]。
目前研究發(fā)現,制備聚合物膠束作為靶向遞藥的載體能有效地抑制腫瘤的生長。能顯著降低藥物的毒副作用。顯著提高抗腫瘤藥物的腫瘤組織靶向性,實現癌細胞的特異性攝取,可在提高藥物抗腫瘤療效的同時降低其毒性。
脂質體(liposome)是一種類似于細胞膜磷脂雙分子層結構的微型球狀藥物載體制劑,可以裝載疏水性、親水性以及兩親性藥物[16]。脂質體與細胞膜有高的親和力,可以通過內吞的方式進入細胞,從而將藥物運輸到細胞內。目前,也有不少人將這個作為靶向遞藥的載體。Wu[17]等人設計了一種具有精確的時空控制釋放封裝藥物的星形膠束系統(tǒng)。他們通過將光引發(fā)交聯(lián)的兩親性共聚物和苯基硼酸(PBA)功能化氧化還原敏感的兩親嵌段共聚物混合制成該粒子。這種方法解決了在快速釋放時無法有一個穩(wěn)定的血藥濃度的問題。小鼠體內實驗表明該膠束有較高的治療效果且對正常細胞幾乎無副作用。Wang等人設計了一種CK3修飾的PEG-PDLLA脂質體,并且封裝以紫杉醇(PTX),形成了CK3-PM-PTX系統(tǒng)。這種粒子的細胞攝取是游離藥物的4.7倍。并且體內成像表明該粒子腫瘤靶向性和藥物蓄積都有所提高。CK3-PM-PTX 在體內外對 MDA-MB-231 細胞有強大的殺滅作用。Zhong[18]等人設計了一種脂質體HA-dOG-PTX-PM。這種脂質體的藥物封裝率高達20.6 wt .%平均直徑155 nm,藥物PTX的釋放在pH7.4時很緩慢,但在核內體的pH時釋放加速。MTT實驗,流式細胞術和共焦試驗表面這種粒子對表面CD44過表達的MCF-7人乳腺癌細胞有高的靶向性和抗腫瘤活性。體內藥代動力學和藥物分布研究表明HA-dOG-PDC-PM 能延長在裸鼠體內血液循環(huán)的時間,并且在腫瘤部位有高的累積。HA-dOG-PDC-PM在荷瘤小鼠的體內能完全抑制腫瘤細胞的生長且?guī)缀鯖]有副作用。
樹狀大分子(dendrimer)是一種具有樹枝狀結構的有機分子。常見的有聚丙烯亞胺樹狀大分子、聚乙烯亞胺樹狀大分子、聚乙酰胺-胺樹狀大分子、硅烷樹狀大分子、聚芳醚樹狀大分子、聚苯乙炔樹狀大分子等[19]。因其內部空腔和結合點可以攜帶藥物,高密度表面基團經過修飾;改變水溶性和靶向作用;毒性較低,通過擴散和生物降解實現藥物釋放等,使其在生物醫(yī)藥領域具有潛力。但大部分樹狀大分子具有結構中有硅鹵原子、芳香環(huán)、末端基團難修飾等缺點,生物相容性低,限制其在生物醫(yī)學領域的應用。
目前應用較多的為聚酰胺-胺樹狀大分子(PAMAMD),其最顯著的結構特點是表面有大量的端基官能團可進行修飾改性,再加上內部的空腔結構、高度幾何對稱性、分子鏈長度高度可控,使其在藥物輸送領域成為研究的熱點。李晶晶等人基于聚酰胺-胺樹狀大分子(PAMAMD),通過化學合成葉酸(folic acid,FA)介導的,冰片(bornol,BO)修飾的新型納米載體(FA-BO-PAMAMD)。給載體通過增加藥物血腦屏障(blood-brain barrier,BBB)的透過性和提高腦膠質瘤靶向性,以增加藥物在腫瘤部位的蓄積量,顯示了其在治療腦膠質瘤應用中的潛能[20]。
碳納米管它主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層 與層之間保持固定的距離,約0.34nm,直徑一般為2~20nm。因其透膜能力強、載藥量高、具有pH響應釋放、易于修飾燈有點,而成為研究的熱點。但研究發(fā)現碳納米管存在一些不足,它在血液中易被肝腎快速過濾以及被網狀內皮系統(tǒng)清除[21]。Pourjavad等人先將乙酰胺與丙烯酰胺鏈接在碳管上。然后將N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)嫁接在聚乙酰胺靈巧的合成,發(fā)現其在37 °C(體溫)聚合物殼脫水和藥物釋放增加[22]。
氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化及剝離后的產物,其比表面積大,離子交換能力強且含有大量的羧基、羥基、含氧官能團等,使得其具有良好生物相客性和較高的載藥量;其六元環(huán)骨架還含有大量的π-π鍵,氧原子能與藥物分子形成氫鍵,克服藥物的團聚,提高藥效,在藥物載體方面具有廣泛的應用前景[23]??梢酝ㄟ^氧化石墨烯負載的藥物種類多樣,例如多巴胺等。
介孔二氧化硅作為一種新型的無機介孔材料,有具有獨特的網狀孔道結構、巨大的比表面積、孔徑分布窄且可調節(jié)、易于表面修飾等優(yōu)點[24],近年來被廣泛的運用于藥物控釋系統(tǒng)的研究。
Cheng等[25]人設計了一種介孔二氧化硅為載體,裝載阿霉素的納米載體。通過二硫鍵將腫瘤靶向細胞穿膜肽(TCPP)和線粒體靶向治療性肽(TPP)修飾到表面以封閉孔隙。實驗結果表明,這種粒子能靶向癌細胞,穿透細胞膜,在細胞質中迅速釋放抗癌藥物和線粒體靶向肽,具有顯著的協(xié)同抗癌作用。
Chen[26]等人設計了一種介孔二氧化硅為載體,FITC作為熒光探針,固定的HA作為藥物釋放帽、腫瘤的靶點以及凝膠骨架的粒子。這種粒子具有熒光性,腫瘤靶向性以及pH可控釋放性。
An[27]等人將介孔二氧化硅與磁性的Fe3O4結合在一起,構成了一種Fe3O4@mSiO(2)粒子,用來裝載阿霉素。為了增加其腫瘤靶向性,他們還在該粒子表面修飾以葉酸(HA)。他們以宮頸癌細胞為模型檢查細胞攝取以及藥物釋放情況,結果表明該粒子對宮頸癌細胞有強烈的殺傷作用,藥物釋放也得以增加。
磁性四氧化三鐵納米粒子因其易合成、尺寸小、低毒性和獨特的超順磁性等優(yōu)點,在生物學方面得到廣泛的研究。近年來的研究表明,四氧化三鐵納米粒子在藥物的靶向遞送方面具有潛在的應用價值。磁性四氧化三鐵納米粒子可以裝進藥物載體系統(tǒng),在外界磁場的引導下到達靶向區(qū)域從而完成靶向傳遞[28]。
Rochani[29]等人通過改變聚合物的相對濃度的方法制成了一種以PLGA包裹,裝載17AAG 和 Fe3O4的磁性納米粒子。實驗結果表明這種納米粒子有抗胰腺癌的活性。
近年來,金納米粒子也被用作載體來遞送藥物。例如Chen[30]等人就合成了一種新型的微粒AuNC-MPA-cRGD-Apt,該粒子有低的細胞毒性,在體內外均有良好的腫瘤靶向能力。
介孔碳納米材料是一類新型的有較大應用潛能的多孔碳納米材料。它有大的比表面積和孔容,能提供高的載藥能力;有可調的孔徑結構和孔隙,可以控制內裝藥物分子的釋放,因此在藥物遞送系統(tǒng)方面有良好好的應用前景[31]。研究表明,在碳納米材料表面修飾某些親水性分子如聚乙二醇(PEG)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可改善碳納米材料的分散性和穩(wěn)定性,提高吸附藥物的能力和在循環(huán)系統(tǒng)半衰期,提高碳納米材料的生物相容性。
Wang K[32]等人構建了一種PEG-PLGA包裹MCN的核-殼結構納米粒(MCNP),利用疏水-疏水相互作用,將表面疏水的MCN聚集在內部作為核,PEG-PLGA包裹在外部作為殼,阿霉素(DOX)作為模型藥物,得到一種以介孔碳為載體的給藥系統(tǒng)(MCNPD)。從而提高了MCN的分散性,使得該載藥系統(tǒng)具有較高的載藥量,并且呈現pH-依賴釋放和NIR-觸發(fā)釋放,能夠較好的攝取進入細胞。
目前遞藥系統(tǒng)已經能夠提高藥物在病變組織中的濃度和藥物療效,同時可以減少用藥劑量、降低藥物毒副作用。但由于腫瘤的特殊性和復雜性,現在的遞藥系統(tǒng)依然無法克服體內傳遞過程中遇到的所有屏障,包括:循環(huán)系統(tǒng)、腫瘤組織和靶細胞這三個傳遞過程屏障。此外,在生產和臨床應用上依然存在不少問題,如載藥量少、穩(wěn)定性差等。針對以上問題,目前有兩種解決思路:(1)有針對性的將不同類型的高分子材料組合起來,使所得的復合材料能夠克服所遇屏障,具有更好的靶向性。(2)在載體中包載多種成分藥物,在殺傷腫瘤細胞的同時,破壞腫瘤的微環(huán)境。
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