納米材料和腫瘤靶向課件

1、CONTENTS前言納米技術(shù)靶向給藥基因治療展望1前 言 在21世紀，癌癥仍然是人類面臨的重大健康問題，即使在發(fā)達國家，癌癥占總死亡原因也高達20%，目前癌癥的臨床治療主要是通過手術(shù)、放療、化療等方法。幸運的是，治愈癌癥不是沒有希望，納米技術(shù)有望在這一方面取得突破2 在納米生物材料研究中，目前研究的熱點和已有較好基礎(chǔ)及做出實質(zhì)性成果的是納米藥物載體和納米基因治療技術(shù)。 這種技術(shù)是以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)移載體，將藥物、 DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，在細胞攝取作用下進入細胞內(nèi)，實現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治療。前 言3納

2、米技術(shù) 納米技術(shù)系指在1-1000納米的尺度里，研究物質(zhì)的電子、原子和分子內(nèi)的運動規(guī)律和特性的一項嶄新技術(shù)。 物質(zhì)在納米尺度下，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能的藥物，稱為納米藥物。 藥物納米載體是以納米顆粒作為藥物載體，將藥物治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，通過靶向分子與細胞表面特異性受體結(jié)合，在細胞攝取作用下進入細胞內(nèi)，實現(xiàn)安全有效的靶向藥物輸送和基因治療。4納米藥物優(yōu)勢 研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒由于有足夠小的納米尺寸，從而能夠從高通透性的腫瘤血管中滲出(EPR效應(yīng))，進入腫瘤組織，集中在腫瘤周圍。 納米級藥物載體可以進入毛細血管，在血液循環(huán)系統(tǒng)自由流動，還可穿

3、過細胞，被組織與細胞以胞飲的方式吸收，提高生物利用率。 通過納米技術(shù)開發(fā)具有靶向性、多種功能的藥物傳輸體系，有助于實現(xiàn)腫瘤的靶向治療，并將毒副作用降低到較低的水平。5納米藥物的分類納米乳劑 納米脂質(zhì)體納米粒藥物 固體脂質(zhì)納米粒 納米囊與納米球磁性納米藥物溫度敏感性、pH敏感性、光敏感性納米藥物免疫納米藥物6納米藥物尺度的優(yōu)勢7癌癥治療主要手段化療缺陷：用量大，缺乏專一性，對正常組織毒副作用強易產(chǎn)生多重耐藥性和變態(tài)反應(yīng)藥物外滲引起皮膚或血管腐蝕化療后會引起惡心、嘔吐和腹瀉；脫發(fā)；腎功能紊亂8靶向給藥系統(tǒng)(Targeting Drug Delivery System ,TDDS) 藥物 特定靶向區(qū)

4、域 選擇性濃集定位于靶器官靶組織靶細胞細胞內(nèi)載 體局部或全身 血液循環(huán)9靶向給藥優(yōu)勢定義：在特定的導(dǎo)向機制作用下，將藥物輸送到特定靶器官，發(fā)揮治療作用組成：藥物+載體+導(dǎo)向 “神奇子彈”優(yōu)勢：藥劑用量少，毒副作用低；藥效持續(xù)，長時間保持靶目標的有效藥物濃度10靶向制劑理想的靶向制劑應(yīng)具備的三大要素： 定位濃集、控制釋藥、無毒可生物降解基本分類：1、被動靶向制劑：微粒吞噬（生理特征，RES效應(yīng)）2、主動靶向制劑：表面修飾（單抗定位）3、物理化學靶向：磁性、熱和pH敏感、栓塞性微球等11 基礎(chǔ)腫瘤生物學在體內(nèi)實驗中,平均每十萬個靜脈注射的單克隆抗體中,只有1-10 個能到達靶標。在腫瘤成像技術(shù)中造

5、影劑也存在類似的限制。 納米粒子表面具有高度的可修飾性,使用納米粒子靶向輸藥將大大改進對腫瘤及其他疾病的治療手段。靶向定位能力12靶向機理被動靶向（Passive targeting）主動靶向（Active targeting）物理化學靶向（Physico-chemical targeting） 13被動靶向 即自然靶向：藥物被載體通過正常生理過程運送至肝、脾、肺等器官。一般的微粒給藥系統(tǒng)具有被動靶向性能。 微粒給藥系統(tǒng)被動靶向機制: 體內(nèi)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES) 中吞噬細胞,將一定大小的微粒作為異物而攝取,較大的微粒由于不能濾過毛細血管床,而被機械截留于某些部位。 14根據(jù)微粒大小自然分布：

6、粒徑：7um 肺毛細血管機械截留 7um 肝脾中單核巨噬細胞攝取 100-200nm微粒被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)巨噬細胞攝取 到達肝枯否細胞(Kupffer cel1)溶酶體中； 50100nm微粒進入肝實質(zhì)細胞中 50nm 透過肝臟內(nèi)皮細胞/通過淋巴傳遞到脾和骨髓中 15巨噬細胞吞噬作用單核-巨噬細胞對微粒的吞噬作用決定于 1. 血漿中的某些特定蛋白 -即調(diào)理素(opsonins) 2. 巨噬細胞上的有關(guān)受體 微粒通過吸附調(diào)理素，粘附在巨噬細胞的表面，然后內(nèi)在的生化作用(內(nèi)吞、融合)被巨噬細胞攝取 。 16大分子和顆粒進入和排出細胞胞 飲 吞 噬17被動靶向制劑的載體： 乳劑 脂質(zhì)體 微球 納米囊 納

7、米粒納米球18脂質(zhì)體（Liposomes） 脂質(zhì)體是將藥物包封于類脂分子層形成的薄膜內(nèi)所構(gòu)成的超微球狀囊泡這種具有類似生物膜雙分子層結(jié)構(gòu)的分子囊稱脂質(zhì)體（liposomes） 19 脂質(zhì)體的形成與結(jié)構(gòu) 構(gòu)成脂質(zhì)體雙層的封閉小室： 內(nèi)部-中心水性空間（包含一定體積的水溶液） 周圍被脂質(zhì)雙層包圍而獨立 外層-脂質(zhì)雙層形成的泡囊 lipid bilayer aqueous space20 水溶性藥物：在中心水性空間或?qū)娱g水性空間 脂溶性藥物：在雙分子層的疏水空間 常見形態(tài)：球形、橢球形等 大?。簬资畁m 幾個um之間 Hydrophobic drug in lipidbilayerHydrophil

8、ic drug21 脂質(zhì)體是以磷脂、膽固醇等類脂質(zhì)為膜材，具有類細胞膜結(jié)構(gòu)，故作為藥物的載體，能被單核吞噬細胞系統(tǒng)吞噬，增加藥物對淋巴組織的指向性和靶組織的滯留性。 特點： 靶向性和淋巴定向性 緩釋性 細胞親和性與組織相容性 降低藥物毒性 保護藥物提高穩(wěn)定性22脂質(zhì)體使抗癌藥物在靶區(qū)具有滯留性 由于腫瘤細胞中含有比正常細胞較高濃度的磷酸酶及酰酶、因此將抗癌藥物包制成脂質(zhì)體，不僅由于酶使藥物容易釋出，且可促使藥物中腫瘤細胞部位特異地蓄積。因此，如將包封于脂質(zhì)體的抗癌藥物直接注入瘤體，能使局部有效的藥物濃度維持較長的時間，利于殺癌細胞。23脂質(zhì)體的作用特點 脂質(zhì)體在體內(nèi)細胞水平上的作用機制有吸附、

9、脂交換、內(nèi)吞(endocytosis)、融合(fusion)等。24a：特異性載藥脂質(zhì)體；b：非特異性載藥脂質(zhì)體；c：在細胞質(zhì)釋放藥物；d：吸附到細胞表面，破壞細胞膜組件，進入細胞內(nèi)釋放藥物；e：與細胞膜進行脂質(zhì)轉(zhuǎn)換，釋放藥物；f：特異性與非特異性胞吞；g：胞吞后，通過內(nèi)含體進入溶酶體釋放藥物；h：胞吞后，內(nèi)含體破裂，釋放藥物脂質(zhì)體與細胞的相互作用脂質(zhì)體與細胞的相互作用Torchilin V P . Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriersJ. Nature Reviews Drug Discovery, 2005(4)

10、: 14560.25主動靶向 通過改變微粒在體內(nèi)的自然分布而到達特定靶部位。也即避免巨噬細胞攝取，防止在肝內(nèi)濃集。 主動靶向制劑包括修飾的藥物載體、前體藥物與藥物大分子復(fù)合物三大類制劑。26 修飾的藥物載體作為“導(dǎo)彈”，將藥物定向地運送到靶區(qū)濃集發(fā)揮藥效。 載體可以是受體的配體、單克隆抗體、對體內(nèi)某些化學物質(zhì)敏感的高分子物質(zhì)等。27 用PEG等親水性材料修飾的藥物載體 在普通納米粒表面通過物理吸附或共價結(jié)合一層或多層親水性聚合物, 可避開巨噬細胞吞噬,延長在血液中循環(huán)時間?？梢越档屯淌?，延長滯留時間,靶向其他組織器官。 隱形(stealth)：是指納米粒在進入體循環(huán)后,可以避開肝臟等系統(tǒng)的攝取

11、,而轉(zhuǎn)運到體循環(huán)中長時間存在或轉(zhuǎn)運至其它組織或器官。 避開巨噬細胞吞噬 “隱形”納米粒（stealthnanoparticles） 28 某些細胞表面有特異受體，可將對受體有強親和力特異性配體與微粒表面結(jié)合，使微粒導(dǎo)向特定細胞，從而改變微粒的分布。 這類配體包括： -多糖、外源凝聚素和半抗原等。結(jié)合細胞特異性配體29例：葉酸受體介導(dǎo)主動靶向 大多數(shù)腫瘤細胞表面的葉酸受體數(shù)目和活性明顯高于正常細胞. 葉酸：靶向腫瘤細胞的抗腫瘤藥物的載體。30藥物組成31作用機制32例：低密度脂蛋白(LDL)-抗癌藥物靶向新載體 LDL是存在于哺乳動物血漿中的脂蛋白，LDL受體活性及數(shù)量在一些癌細胞中高出正常細胞

12、20 倍以上?？勺鳛橐环N特異性受體載體及抗癌藥物靶向新載體, 將藥物釋放到靶細胞。特點：LDL是內(nèi)源性脂蛋白, 可避免在體循環(huán)中被迅速清除可克服一般載體靶向性差、不良反應(yīng)大33 單克隆抗體免疫微粒 ：結(jié)合單克隆抗體(MCAb)后，可使微粒對細胞表面的抗原決定簇有靶向作用。 如用抗T淋巴細胞的MCAb共價結(jié)合到聚甲基丙烯酸酯納米球上，再與血單核細胞溫育，發(fā)現(xiàn)可與T淋巴細胞結(jié)合，所有對照組均為陰性。結(jié)合細胞特異性抗體34 將活性藥物衍生成藥理惰性物質(zhì)，在靶部位經(jīng)降解成活性母體藥物后發(fā)揮作用 前藥再生成母體藥物的基本條件：靶部位有足夠量的酶，能產(chǎn)生足夠量活性物質(zhì)前藥能與藥物受體充分接近產(chǎn)生的活性藥物

13、能在靶部位滯留前體藥物35例：抗癌藥前體藥物： 癌細胞比正常細胞含較高濃度的磷酸酯酶和酰胺酶 -可將藥物制成磷酸酯或酰胺類前藥 36 應(yīng)用一些特殊的物理化學方法如溫度、pH或磁場等外力作用將微粒導(dǎo)向特定部位。 磁導(dǎo)向制劑 熱敏制劑 PH敏感制劑 栓塞制劑物理化學靶向37 利用藥物載體的磁性特點，在外加磁場的作用下，磁性納米載體將富集在病變部位，進行靶向給藥。磁導(dǎo)向38 優(yōu)點：具有無創(chuàng)或微創(chuàng)、靶向性強、生物相容性好、治療效果好。將納米磁性材料的熱效應(yīng)與藥物靶向傳導(dǎo)控釋相結(jié)合，局部升溫后可提高癌變組織管壁通透性，增強藥物的吸收。應(yīng)用：可用于疾病診斷和治療中的多個環(huán)節(jié)，對癌癥的早期診斷與治療有著重要

14、的意義磁性納米材料應(yīng)用前景39利用腫瘤間質(zhì)液PH值比周圍正常組織顯著低的特點設(shè)計。采用PH敏感類脂為類脂質(zhì)膜，在低PH環(huán)境中結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致加速釋藥； 如：N-十六酰-L-高半胱氨酸（PHC） PH不同，該類脂存在兩種平衡構(gòu)型： PH降低時，形成閉合的環(huán)式，破壞了脂質(zhì)雙分子層的穩(wěn)定性，膜通透性增加，藥物釋放 PH敏感靶向制劑40基因治療 腫瘤的基因治療：缺乏靶向性強、轉(zhuǎn)染效率高的基因載體，臨床效果不是很理想 。 納米顆?；蜉d體是一種無毒、高效、能穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的非病毒載體，將DNA、RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，如特異性配體、單克隆抗體等，

15、通過靶向分子與細胞表面特異性受體結(jié)合，在細胞攝取作用下進入細胞內(nèi)，實現(xiàn)安全有效的靶向性基因治療。41優(yōu)點： 緩釋 靶向輸送 保護核苷酸 毒性小分類： 脂質(zhì)體基因載體 樹狀多聚體的基因載體納米基因載體42 表面正電荷與核苷酸發(fā)生靜電作用，形成納米載體與質(zhì)粒DNA的復(fù)合物。通過其表面陽離子與細胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用進入細胞質(zhì)，實現(xiàn)基因治療。納米陽離子脂質(zhì)體納米基因載體 1: 納米脂質(zhì)體基因載體納米技術(shù)-腫瘤治療43 以av3 整合蛋白為靶向的基因納米材料(a): av 3-NP/RAF(-)表達的ATPu-RAF與av3整合蛋白結(jié)合;(b):內(nèi)皮細胞凋亡(c): 腫瘤細胞壞死.納米脂質(zhì)體基因

16、載體納米技術(shù)-腫瘤治療44 美國密西根州大學James等研制的對聚酰胺-胺型 (PAMAM)樹突狀聚合物。裝載了DNA的樹突狀聚合體注入組織，內(nèi)吞作用的方式進入細胞，DNA分子釋放出來，實現(xiàn)基因的整合。 納米基因載體 2:樹突狀物的多聚體PAMAM納米技術(shù)-腫瘤治療45 樹枝狀大分子是由重復(fù)增長反應(yīng)合成而來的，高度支化且結(jié)構(gòu)精確的分子。每一個重復(fù)循環(huán)反應(yīng)增加一個支化層，叫做“代”。它包括主結(jié)構(gòu)（內(nèi)核，支化單元，外圍基團）及微環(huán)境（空腔）。46樹枝狀大分子的結(jié)構(gòu)特點： 精確的分子結(jié)構(gòu)； 高度的幾何對稱性； 外圍大量的官能團； 分子內(nèi)存在空腔； 分子量可控； 分子本身具有納米尺寸。 樹枝狀大分子的性能特點： 良好的溶解和混合分散性； 黏度隨分子量的增加出現(xiàn)最大值； 單分散性47 特殊的空腔結(jié)構(gòu)有利于