2.2 納米藥物體內(nèi)輸送過(guò)程及障礙

1、納米藥物體內(nèi)輸送過(guò)程及障礙1納米藥物體內(nèi)輸送過(guò)程為實(shí)現(xiàn)腫瘤的精確靶向，NDS需要?dú)v經(jīng)以下5個(gè)過(guò)程(圖1-3),簡(jiǎn)稱(chēng)CAPIR：靜脈注射進(jìn)入血液循環(huán)(Circulation),通過(guò)EPR效應(yīng)蓄積于腫瘤組織(Accumulation),滲透進(jìn)入腫瘤組織內(nèi)部(Penetration),被腫瘤纟田胞攝取內(nèi)化(Internalization)以及在纟田胞內(nèi)釋放包載的藥物(Release)。由于這5個(gè)過(guò)程是連貫性的，所以NDS在任何一個(gè)過(guò)程出現(xiàn)短板都可能導(dǎo)致最終藥效的下降。NDS獲得精確靶向面臨的最大挑戰(zhàn)來(lái)源于CAPIR各個(gè)過(guò)程對(duì)納米粒子物理化學(xué)性質(zhì)，包括粒徑、表面電荷、表面修飾、藥物釋放特征等，具有不同

2、的需求，彼此存在矛盾之處。例如，粒徑位于100納米左右的NPs具有較好的EPR效應(yīng)，可大量富集于腫瘤組織，但難以滲透至腫瘤內(nèi)部；更小粒徑(20nm)的NPs腫瘤組織滲透性好，但循環(huán)時(shí)間短，易于被體內(nèi)清除，導(dǎo)致EPR效應(yīng)差。負(fù)電荷且修飾PEG的NPs具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性，但不易于被細(xì)胞攝?。徽姾蔁o(wú)PEG修飾的NPs易于攝取，但也易于被清除。至I達(dá)腫瘤組織前,NPs應(yīng)具備良好的緩釋效果，減少藥物釋放；但進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后，NPs需要迅速而徹底地釋放所包載的藥物。為解決上述矛盾，訴年來(lái)研究者設(shè)計(jì)了一系列物理化學(xué)性質(zhì)可變的微環(huán)境響應(yīng)型NDS。CdincrDrugDclivtrY；AFiveStep朋戸獅

3、5心日f(shuō)iiTcuratiortAccymubt-ionperietratiponfnrernliEitiionifStableOrugjffeleaseVCleavablearDfi5embhngCApmCjHiScaide2R2SP|軸咆JDlfhdlwltySubilltMIrAnUtiDririgEfurfice-FenfitrationPE-GvIatiEbn甘Shieldfunctionalgroups(.g.TAT)NtutrallOTnrnif20Hurt*Stic：kvVdePfGykitmn1/EnposaFGVCationicdiarg-t圖1-3NDS體內(nèi)遞送CAPIR

4、過(guò)程及每個(gè)階段對(duì)NDS性質(zhì)的要求納米藥物作為一種外源性物質(zhì)，在體內(nèi)運(yùn)輸?shù)牟煌A段會(huì)遇至各種不同的生物屏障及陷阱。納米藥物經(jīng)靜脈注射進(jìn)入血液后，血漿中的各種蛋白都會(huì)吸附至納米藥物表面對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記，從而通過(guò)調(diào)理作用，被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)和單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)(MPS)識(shí)別并快速?gòu)难褐星宄?。大量研究表明，表面PEG化、合適的納米尺寸以及中性偏弱負(fù)電性將有助于納米藥物在血液中“隱身”延長(zhǎng)其在血液中的循環(huán)時(shí)間，為納米藥物通過(guò)EPR效應(yīng)在腫瘤富集提供了可能。納米藥物經(jīng)EPR效應(yīng)在腫瘤組織富集之后，腫瘤組織獨(dú)特的生理病理學(xué)特征和納米藥物自身尺寸因素使得其在腫瘤組織的滲透和擴(kuò)散變得尤其困難，較小的尺寸、微弱

5、的正電荷，以及修飾可高效滲透腫瘤的多肽可增加納米藥物在腫瘤組織的滲透。納米藥物進(jìn)入細(xì)胞大部分要通過(guò)細(xì)胞的內(nèi)化作用，而細(xì)胞膜是阻止納米藥物進(jìn)入細(xì)胞的天然屏障，正電荷或者具有靶向細(xì)胞表面配體的納米藥物表面特性可大大加快細(xì)胞對(duì)納米藥物的內(nèi)吞速率。但納米藥物通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞之后，必須能夠避開(kāi)內(nèi)涵體/溶酶體或者有效從溶酶體中逃逸，以避免藥物被溶酶體降解失活或者被外排岀細(xì)胞外。最后，納米藥物進(jìn)入細(xì)胞之后，所攜帶的藥物要以原藥或者活性成分的形式釋放出來(lái)，釋放的快慢和效率對(duì)于最后整個(gè)納米藥物體系的輸送效率的作用也尤為關(guān)鍵?？梢?jiàn)，納米藥物輸送過(guò)程中，應(yīng)對(duì)所遭遇的不同生物屏障所需求的載體性質(zhì)是不同的，有些甚至

6、是相互矛盾的。比如，表面PEG化能遮蔽MPS系統(tǒng)和RES系統(tǒng)對(duì)納米藥物體系的識(shí)別，從而延長(zhǎng)其在血液中的循環(huán)時(shí)間(C),增加了其腫瘤組織的蓄積(R),但卻不利于納米藥物在組織的滲透(P)、細(xì)胞內(nèi)化(I)以及溶酶體逃逸(R)。表面帶正電荷可促進(jìn)細(xì)胞對(duì)納米藥物體系的整合內(nèi)吞，促進(jìn)納米藥物在腫瘤組織的滲透，但在血液循環(huán)過(guò)程中卻很容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)識(shí)別，加速清除速率，同時(shí)降低了其在腫瘤組織的聚集。此外，較大的尺寸(100rim)能使納米藥物在血液中具有較長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，但卻不利于組織滲透，較小的尺寸(TeIhporticibafaHicmaJ.13:dvnartiicfi*1i沁Ulafnnffm2iliz

7、3liciinduc-cdbyVE.GFR2bktckjdc.SubyequenflLiiiabShfrwhuniailCdljdrl0andtsn&djnndIwHcrwitnwihnne(blirW)i：civet崎eduring.vaacuIjznnmialiulbDTi.D:IhcsepbenaljrpicLhxn|in1iemwuldiinfmayjeilectchane.inlhfbahncL!ofpro-jtkJarriLaffi口呂gfiiizsi芒i兇i常iriiJiEi苗口匕|8|Figure14Proposedroleofvesselnormalizationinther

8、esponseoftumorstoantiangiogenictherapyA：tumorvasculatureisstructurallyandfunctionallyabnormal.B：dynamicsofvascularnormalizationinducedbyVEGFR2blockadeSubsequentimagesshowhumancoloncarcinomavasculatureinmiceatDay0andday3afteradministrationofVEGR2specificantibody.C：diagramdepictingtheconcomitantchange

9、sinpericyte(red)andbasementmembrane(blue)coverageduringvascularnormalization.D：thesephenotypicchangesinthevasculaturemayreflectchangesinthebalanceofpro-andantiangiogenicsignalinginthetissue.腫瘤組織中致密的三維網(wǎng)絡(luò)狀間質(zhì)也是阻礙納米藥物腫瘤擴(kuò)散的一大重要障礙,Jain等人發(fā)現(xiàn)通過(guò)在腫瘤原位注射一種非肽類(lèi)血管緊張素II受體拮抗劑一一洛沙坦，可以有效抑制乳腺癌相關(guān)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生I型膠原,從而降低腫瘤組織中I型膠

10、原蛋白的含量，破壞腫瘤組織所形成的致密的間質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)洛沙坦處理后，腫瘤組織中基質(zhì)的密度顯著降低，同時(shí)所采用的納米藥物D0XIL在腫瘤中的擴(kuò)散能力得到了大大的增強(qiáng)，表明通過(guò)降低腫瘤間質(zhì)密度同樣能夠增加納米藥物在腫瘤中的滲透能力。此外，Kataoka等通過(guò)低劑量使用轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子DI型受體(TBR-1)的小分子抑制劑抑制TBR-1的表達(dá)，在不改變腫瘤組織中TGF-B號(hào)傳導(dǎo)，也不改變腫瘤組織中纖維化的程度的前提下，通過(guò)降低覆蓋在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞上的周皮細(xì)胞比例，從而使納米藥物穿透出血管后能夠更好的穿透腫瘤周皮細(xì)胞層，從而向腫瘤組織更深處擴(kuò)散。此外，納米載體本身的特性也會(huì)影響顆粒在腫瘤中的滲透能力

11、由于納米藥物在腫瘤中的滲透主要依賴(lài)于自由擴(kuò)散作用，根據(jù)Einstein-Brown方程，納米粒子的擴(kuò)散系數(shù)與尺寸成反比。因此小尺寸的顆粒在擴(kuò)散能力遠(yuǎn)強(qiáng)于大尺寸納米顆粒。Kataoka等通過(guò)研究尺寸在lOOnm以?xún)?nèi)納米顆粒在胰腺癌中的滲透能力發(fā)現(xiàn)，相對(duì)較小的30nm顆粒在腫瘤組織中能夠很好地穿透血管后進(jìn)一步往更遠(yuǎn)離血管部位滲透，而較大的70nm顆粒則大多滯留在腫瘤血管周?chē)课?，難以有效滲透。3.3細(xì)胞屏障化療藥物最終發(fā)揮藥效的部位往往是腫瘤細(xì)胞內(nèi)部，因此如何讓納米藥物從腫瘤組織中有效進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)部發(fā)揮殺傷作用是納米藥物輸送極其重要的一個(gè)過(guò)程。納米藥物進(jìn)入腫瘤細(xì)胞大多依靠細(xì)胞的內(nèi)化作用。納米藥物

12、與腫瘤細(xì)胞膜接觸，激活細(xì)胞內(nèi)吞作用,通過(guò)細(xì)胞膜的變形運(yùn)動(dòng)將納米藥物轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。通過(guò)內(nèi)吞作用攝取的納米藥物會(huì)進(jìn)入到酸性的內(nèi)涵體或溶酶體中，這些內(nèi)涵體/溶酶體中含有大量的水解酶，包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶類(lèi)等。在內(nèi)涵體/溶酶體的酸性環(huán)境下，這些酶的水解活性大大增強(qiáng)，從而將進(jìn)入內(nèi)涵體/溶酶體中的物質(zhì)降解后通過(guò)細(xì)胞的外排作用排出。因此通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞的納米藥物必須要能夠有效從內(nèi)涵體/溶酶體中逃逸，以避免其中藥物活性成分被降解從而喪失功能，特別是核酸類(lèi)藥物。Fuilck-?96J)TVFigure1.5PathwaysofentryintocellsLargeparti

13、clescanbetakenupbyphagocytosis，whereasfluiduptakeoccursbymacropinocytosisBothprocessesappeartobetriggeredbyandaredependentonactinmedimedremodellingoftheplasmamembraneatalargescale為了有效地實(shí)現(xiàn)納米載體的胞內(nèi)遞送，研究人員設(shè)計(jì)了多種策略。其一，將能夠特異性識(shí)別腫瘤細(xì)胞的抗體或配體連接到納米藥物載體上，通過(guò)主動(dòng)靶向作用增加靶細(xì)胞對(duì)納米藥物載體的攝取。Langeretal.利用適體可以特異性識(shí)別前列腺癌細(xì)胞表面抗原（PSM

14、A）,制備了表面連有適體的主動(dòng)靶向納米藥物載體，大大增加了前列腺癌細(xì)胞的攝取。其二，利用穿膜肽直接在細(xì)胞膜上“打孔”，不需要內(nèi)吞作用講入細(xì)胞質(zhì)中，能夠有效避免溶酶體水解作用導(dǎo)致的藥物失活。Chengetal.將納米藥物載體表面進(jìn)行PVBLG-8多肽修飾，PVBLG-8能夠在細(xì)胞膜上穿孔，促講納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞。其三，利用腫瘤微環(huán)境的特殊性，設(shè)計(jì)出針對(duì)腫瘤組織的“智能型納米顆粒”。Wangetal.制備了基于腫瘤微酸環(huán)境活化的PEG可脫的納米遞送系統(tǒng)，納米藥物載體在腫瘤組織富集后能夠脫去PEG層，更好地暴露表面電荷，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的攝取。腫瘤細(xì)胞為了維持自身穩(wěn)定以及免受外來(lái)藥物傷害，在化療過(guò)程中會(huì)逐

15、漸產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致最終化療失敗。同時(shí)，腫瘤細(xì)胞在長(zhǎng)期接觸一種化療藥物后，不僅對(duì)該種藥物產(chǎn)生一定的耐藥性，還會(huì)對(duì)其他結(jié)構(gòu)和功能不同的化療藥物產(chǎn)生交叉耐藥性，稱(chēng)為多藥耐藥性。這是腫瘤細(xì)胞免受化療藥物攻擊的最重要的防御機(jī)制，也是導(dǎo)致化療失敗的主要原因之一。腫瘤細(xì)胞耐藥有多種機(jī)制，主要包扌舌藥物吸收減少、細(xì)胞內(nèi)藥物泵出增多、細(xì)胞凋亡的抑制、藥物活性作用減弱、細(xì)胞解毒作用增強(qiáng)、抗腫瘤藥物的代償性代謝增強(qiáng)、DNA損傷修復(fù)能力增強(qiáng)、靶分子的改變等。如腫瘤細(xì)胞誦過(guò)高表達(dá)P-糖蛋白(P-gP)利用ATP水解提供能量將藥物泵出到細(xì)胞外，從而降低胞內(nèi)有效藥物濃度。它對(duì)天然疏水性藥物具有較強(qiáng)的外排作用，包舌長(zhǎng)春堿、蒽

16、環(huán)類(lèi)、依托泊苷、紫杉醇等臨床常用化療藥物。為了實(shí)現(xiàn)納米藥物有效的胞內(nèi)遞送并且使其作用于活性位點(diǎn)，研究者們開(kāi)發(fā)了多種遞送策略。Cheng等人設(shè)計(jì)了一種具有螺旋結(jié)構(gòu)的多肽PVBLG-8修飾的納米顆粒，能夠直接在細(xì)胞膜上“穿孔”而不需要誦過(guò)內(nèi)吞途徑進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，有效避免了納米藥物被內(nèi)涵體/溶酶體中的水解酶所降解導(dǎo)致失活。Rotell。等人設(shè)計(jì)了一種金納米顆粒穩(wěn)定的膠囊復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以誦過(guò)膜融合過(guò)程直接進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)部而避免了內(nèi)涵體/溶酶體途徑。另外，多種細(xì)胞膜穿透肽也可以介導(dǎo)納米藥物直接進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)部。此外，為了克服腫瘤細(xì)胞的藥耐藥性，增加藥物在胞內(nèi)有效濃度，Zhang等人利用聚合物納米載體同時(shí)輸送

17、P-gp小干擾RNA(P-gPsiRNA)與化療藥物阿霉素，其中P-gPsiRNA能夠下調(diào)腫瘤細(xì)胞P-gP的表達(dá)，從而抑制藥物外排作用，增加胞內(nèi)有效藥物濃度實(shí)現(xiàn)更有效的腫瘤治療。3.4細(xì)胞內(nèi)傳遞屏障納米顆粒經(jīng)內(nèi)吞作用被轉(zhuǎn)運(yùn)到囊泡內(nèi)的細(xì)胞中，根據(jù)其內(nèi)吞的模式可以從細(xì)胞中再循環(huán)胞吐或者被轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體、高爾基體和線(xiàn)粒體的細(xì)胞器中(Figure1.5)。納米顆粒的胞內(nèi)傳遞是一種復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)過(guò)程，涉及馬達(dá)蛋白其沿細(xì)胞內(nèi)的微管穿梭囊泡。在此過(guò)程中，囊泡被分選、融合或解離以及在內(nèi)涵體和溶酶體中的成熟。對(duì)于靶向內(nèi)涵體/溶酶體系統(tǒng)的納米顆?？梢杂糜谥委熑苊阁w貯積癥，其內(nèi)吞攝取為該靶向提供了直接的可行性。除此之外

18、，納米顆粒是不希望被包埋在囊泡內(nèi)。囊泡在晚期內(nèi)涵體和溶酶體成熟的特征是其pH發(fā)生從6至4的快速酸化以及在囊泡內(nèi)招募降解酶來(lái)消化囊泡內(nèi)含物。大多數(shù)情況下，納米顆粒需設(shè)計(jì)具有內(nèi)涵體/溶酶體系統(tǒng)逃逸的能力。目前己經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了多種策略來(lái)克服內(nèi)涵體屏障，如病毒衣殼或具有與內(nèi)體膜融合能力的膜基包膜可以將肽、藥物和納米顆粒等多種物質(zhì)從內(nèi)涵體穿梭到細(xì)胞質(zhì)。但該方法受病毒載體制備的復(fù)雜性、成本以及病毒的免疫原性的限制。此外，納米顆粒的表面包被pH敏感的合成肽后在酸性pH值下會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，從而破壞囊泡膜。最后，緩沖能力介于pH5.2到7.0之間的聚合物可以附著在納米顆粒上通過(guò)“質(zhì)子-海綿”效應(yīng)介導(dǎo)顆粒的內(nèi)體逃逸

19、。其中質(zhì)子吸收聚合物誘導(dǎo)內(nèi)體的滲透膨脹及其最終內(nèi)溶酶體的破裂。納米顆粒一旦從內(nèi)涵體中釋放后必須穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)才能與其靶標(biāo)結(jié)合。細(xì)胞質(zhì)中充滿(mǎn)了細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和一些小分子。納米顆粒在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散遷移率取決于其尺寸以及與胞質(zhì)中物質(zhì)的相互作用。顆粒與細(xì)胞內(nèi)成分的結(jié)合可能會(huì)大大延緩小尺寸顆粒的遷移，而幾何結(jié)構(gòu)對(duì)于較大尺寸納米顆粒的運(yùn)動(dòng)有著重要影響。細(xì)胞內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)蛋白如驅(qū)動(dòng)蛋白、動(dòng)力蛋白和肌球蛋白通常利用微管的軌道或肌動(dòng)蛋白的細(xì)絲運(yùn)輸囊泡中的物質(zhì)。肌動(dòng)蛋白的聚合還可以驅(qū)動(dòng)顆粒進(jìn)出細(xì)胞。近期研究表明，修飾細(xì)胞穿透肽的半導(dǎo)體量子點(diǎn)一經(jīng)細(xì)胞內(nèi)化，在囊泡內(nèi)以一種類(lèi)似于肌動(dòng)蛋白/驅(qū)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的主動(dòng)轉(zhuǎn)

20、運(yùn)方式被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核周區(qū)域的微管組織中心。Figure1.5Intracullulartransportofnanoparticles.Afterinternalizationviaoneormoreoftheendocyticpathways,nanoparticlesaretransportedalongtheendolysosomalnetworkwithinvesicleswiththeaidofmotorproteinsandcytoskeletalstructures.Vesiclescancarrytheircontentsintosortingendosomesorexcret

21、e/recyclethembacktothecellsurfacebyfusingwiththeplasmamembrane.Alternatively,endosomescanmatureintolysosomesthroughlumianalacidificcationandrecruitmentofdegradativeenzymes,whichtargetthevesiclecontentsfordegradation.Toaccesscytoplasmicornucleartargets,nanoparticlesmustbeableetoescapefromtheendolysos

22、omalnetworkalongwithtraversethroughthecrowdedcytoplasm.藥物的抗藥性是治療感染、炎癥和癌癥等多種疾病過(guò)程的主要障礙，無(wú)論是內(nèi)源性的還是通過(guò)長(zhǎng)期接觸獲得的多藥耐藥性都涉及藥物從細(xì)胞中排出，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)濃度降低和治療效果的欠佳。腫瘤細(xì)胞為保持自身穩(wěn)定和排除藥物的損害，會(huì)慢慢產(chǎn)生耐藥性，致使正常細(xì)胞暴露于排出的藥物而増加了局部毒性，需要増加藥物的治療劑量，最終導(dǎo)致復(fù)發(fā)和隨后的化療方案的失敗。已經(jīng)報(bào)道存在多藥耐藥性的機(jī)制（Figure1.6）包括胞內(nèi)藥物泵出增加、增強(qiáng)的藥物解毒作用、藥物攝取減少、藥物活性作用的減弱、抗腫瘤藥物的代償性代謝增強(qiáng)、藥物誘

23、導(dǎo)DNA損傷修復(fù)的增強(qiáng)和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的過(guò)表達(dá)。在這些機(jī)制中，其中ABC超家族成員的質(zhì)膜P-糖蛋白（P-gp）的過(guò)表達(dá)是多藥耐藥性最常見(jiàn)原因之一。腫瘤細(xì)胞高表達(dá)P-gp,對(duì)具有天然活性的疏水性化療藥物有著較強(qiáng)的外排作用，其中包括一些臨床上常用的抗癌藥物如蒽環(huán)類(lèi)、長(zhǎng)春堿、紫杉醇和依托泊苷等。其他ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如多藥耐藥性相關(guān)蛋白和乳腺癌耐藥蛋白的過(guò)表達(dá)也已被確定為多藥耐藥性的主要原因。共同遞送一種抑制ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的藥物和另一種促進(jìn)細(xì)胞凋亡抗癌藥物的策略，可以抑制腫瘤細(xì)胞的多藥耐藥性和發(fā)揮抗癌藥物的最大殺傷作用。為此，基于脂質(zhì)體和聚合物的納米藥物載體己被用于荷載兩種組分確保精確遞送至同一靶位點(diǎn)。A

24、miji等使用PEO修飾的聚己內(nèi)酯納米顆粒作為凋亡調(diào)節(jié)劑神經(jīng)酰胺和化療藥物紫杉醇的多藥物遞送系統(tǒng)。研宄結(jié)果證明共輸送藥物載體可以避免P-gp介導(dǎo)的外排作用，顯著增加了多藥耐藥性的卵巢癌細(xì)胞的化療敏感性。此外，Shi等利用一種基于介孔二氧化硅納米顆粒（MSN）pH響應(yīng)的藥物遞送系統(tǒng)，可以克服多藥耐藥性。阿霉素（doxombiciB,DOX）作為化療藥物，十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為MDR抑制劑，兩者被共同荷載在MSN中。其在藥物敏感的MCF-7細(xì)胞和抗藥性MCF-7/ADR細(xì)胞中均表現(xiàn)出療效上的改善。Figure1.6Mechanismsofmultiple-drugresistance

25、incancercells:drugeffluxcausedbymultidrugresistanceprotein(MRP)(e.g.P-glycoproteinorP-gp),downregulationofthesensitivitytodrugbythetumorsuppressorproteinp53,reductioninsensitivitytomethotrexateandfluorouracilbyphosphorylationoftheretinoblastomaprotein(Rb),andproductionofresistancetocamptothecintshro

26、ughdownregulationexpressionormutationsintopoisomerases(Topo).4納米藥物面臨的挑戰(zhàn)盡管抗腫瘤納米藥物的研究已經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，并且目前已經(jīng)有一些納米藥物進(jìn)入臨床用于腫瘤的治療，但是仍然面臨著不少的問(wèn)題，尤其面對(duì)體內(nèi)復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境，納米藥物存在可能被生理系統(tǒng)(單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)、腎系統(tǒng))清除、而且無(wú)法有效解決腫瘤轉(zhuǎn)移等缺點(diǎn)。4.1單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)(MPS),也被稱(chēng)為網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)，是由一系列駐留在肝臟、脾臟、淋巴結(jié)以及骨髓中的吞噬細(xì)胞所組成，可以吞噬納米顆粒，在納米粒子清除中起著關(guān)鍵性的作用(圖2.1)。在納米顆

27、粒進(jìn)入血液后，其表面會(huì)迅速的吸附各種蛋白，這些蛋白會(huì)改變納米顆粒的尺寸、穩(wěn)定性和表面性質(zhì)，更重要的是為納米顆粒標(biāo)記了一個(gè)能被吞噬細(xì)胞識(shí)別的信號(hào)。吸附到納米顆粒表面的蛋自如白蛋白、載脂蛋白、補(bǔ)體蛋白和免疫球蛋白是最常見(jiàn)的調(diào)理素，這些蛋白和納米顆粒結(jié)合會(huì)形成“蛋白冠”。調(diào)理素作用下的納米顆粒會(huì)被吞噬細(xì)胞表達(dá)的特異性受體識(shí)別，從而被MPS系統(tǒng)吞噬和清除。同時(shí)，納米顆粒在體內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程中很容易進(jìn)入吞噬細(xì)胞間隙，可能會(huì)觸發(fā)細(xì)胞因子的分泌，比如腫瘤壞死因子(TNF)、白介素、干擾素等,從而引起局部發(fā)炎導(dǎo)致組織損傷。因此，絕大多數(shù)納米顆粒在到達(dá)腫瘤前會(huì)被單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)（MPS）吞噬和清除，這不僅降低了納米顆

28、粒在腫瘤組織的富集也會(huì)對(duì)富含單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)的器官造成損傷。目前，已有大量的研究在解決如何減少納米顆粒被單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)（MPS）吞噬和清除，以此來(lái)延長(zhǎng)納米顆粒在血液中的循環(huán)時(shí)間以及提高在腫瘤組織的富集，并減小納米顆粒對(duì)吞噬細(xì)胞系統(tǒng)的損傷。研究發(fā)現(xiàn)改性的表面化學(xué)（表面電勢(shì)、組分）能夠防止血漿蛋白吸附到納米顆粒上,這對(duì)于減少納米顆粒被非特異性吸收到正常組織中非常關(guān)鍵，從而達(dá)到高的治圖2.1單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)主要器官（肝臟、脾臟、骨髓中的吞噬細(xì)胞等）對(duì)血液納米粒子的清除示意圖目前最常用的方法就是在納米顆粒表面聚乙二醇化（PEG）,這是因?yàn)榫垡叶迹≒EG）分子可以在納米顆粒表面形成一層親水層，可以阻

29、止蛋白吸附吞噬細(xì)胞攝取來(lái)延長(zhǎng)納米藥物半衰期：另外近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一個(gè)有效策略就是利用生物仿生,即通過(guò)一系列細(xì)胞膜（白細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞紅細(xì)胞）或者自身識(shí)別肽，血小板膜涂層包裹或者修飾納米顆粒以此延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間，增強(qiáng)藥物在腫瘤組織的富集。單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)，由網(wǎng)狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞組成。吞噬細(xì)胞可能與納米粒子結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞因子的釋放，增加血液中納米顆粒的清除和組織的局部炎癥。蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和其他大分子也可能結(jié)合到納米粒子的表面，并在納米粒子周?chē)纬伞吧锓肿訉印?。生物分子層可以通過(guò)免疫系統(tǒng)識(shí)別納米粒子而增加血液對(duì)納米顆粒的清除能力，進(jìn)一步阻礙目標(biāo)組織對(duì)納米粒子的內(nèi)化作用。納米粒子的表面修飾可使其逃離R

30、ES，延長(zhǎng)其在血液中的循環(huán)時(shí)間，同時(shí)還可以防止正常俎織的炎癥反應(yīng)損傷。表面修飾可以采用兩性離子配體，比如半胱氨酸和谷胱甘肽修飾或聚乙二醇化。研究表明聚乙二醇化的納米粒子可以避免被RES識(shí)別，從而延長(zhǎng)了它們?cè)谘褐醒h(huán)的時(shí)間和提高到達(dá)目標(biāo)腫瘤組織納米藥物。在納米粒子表面包裹上白細(xì)胞或紅細(xì)胞的膜，可以增強(qiáng)它們被識(shí)別為體內(nèi)內(nèi)源性物質(zhì)的能力，從而增加納米粒子的生物相容性。使用CD47-SIRPa等配體來(lái)修飾納米材料可以抑制吞噬細(xì)胞對(duì)其清除作用。將納米粒子設(shè)計(jì)成球形，由于球形粒子傾向于聚集在血管中心，因此球形納米粒子通過(guò)與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用而滲出相對(duì)較少，從而增加其在血液中循環(huán)時(shí)長(zhǎng)腎臟系統(tǒng)除了單核巨噬細(xì)

31、胞系統(tǒng)（MPS），納米顆粒的另一個(gè)清除機(jī)制就是腎臟清除，即納米顆粒的藥代動(dòng)力學(xué)可以通過(guò)腎超濾系統(tǒng)調(diào)節(jié)。一個(gè)普通成年人，每天腎臟能夠過(guò)濾大約180升的液體或60倍體積的血漿。經(jīng)過(guò)腎臟過(guò)濾的代謝分子和納米顆粒需要通過(guò)腎小球毛細(xì)血管和基底膜孔（70-100nm）的內(nèi)皮細(xì)胞，然后通過(guò)由足細(xì)胞形成的上皮細(xì)胞（圖1-4）。納米顆粒的尺寸和電荷是腎臟清除的兩個(gè)決定性因素。正常情況下小于6nm的納米顆粒更容易通過(guò)腎臟清除，大于8nm的納米顆粒較難消除，病理狀態(tài)下由于腎臟結(jié)構(gòu)發(fā)生變化可能有所差異。此外，由于腎小球基底膜呈負(fù)電荷，直徑為68nm的陽(yáng)離子NPs與同等大小呈中性或負(fù)電荷的NPs相比具有更強(qiáng)的腎清除率。

32、AjJriocVtrrtinEndafhtliuvn0LympboceJUwaili圖1-4納米粒子在腎臟系統(tǒng)中的循環(huán)、分布和遞送除了尺寸和電荷外，納米顆粒的形狀也強(qiáng)烈地影響著腎臟的清除。值得注意的是，桿長(zhǎng)為100-500nm和直徑為0.8T.2nm的單壁碳納米管可以被腎臟系統(tǒng)有效地清除，由流體誘導(dǎo)的取向驅(qū)動(dòng)，納米管會(huì)自然而然地進(jìn)入。腎小球毛細(xì)血管孔隙。這種機(jī)制允許腎臟可以清除l0-20倍質(zhì)量為30-50kDa的生物活性分子，顯著提高了其在生物醫(yī)學(xué)上的潛在應(yīng)用。通過(guò)形狀設(shè)計(jì)結(jié)合其他材料特性來(lái)控制腎臟清除和NPs的組織分布策略目前正在研究,總的來(lái)說(shuō)，納米顆粒大小是影響腎臟清除的主要因素,然而，納

33、米顆粒的大小也會(huì)對(duì)其功能產(chǎn)生影響。為克服這一挑戰(zhàn)，利用可生物降解組件設(shè)計(jì)納米粒子，使其在腎臟系統(tǒng)分解成可交換的粒子。然而，這些組件的自然降解會(huì)引起載藥納米粒子在到達(dá)靶向位點(diǎn)之前非特異性地釋放藥物，從而引起并發(fā)癥。因此，從臨床應(yīng)用的角度出發(fā)，既要考慮減少納米藥物的快速腎臟清除，保持其在體內(nèi)的治療水平，又要考慮防止納米藥物的長(zhǎng)期毒性以及納米粒子降解產(chǎn)物的毒性等。此外，對(duì)于存在腎功能不足患者這種考慮會(huì)更加復(fù)雜，包括糖尿病引起的慢性腎臟疾病或具有腎毒性的化療藥物（如順鉑）引起的并發(fā)癥，要求我們要針對(duì)不同納米藥物的腎清除率進(jìn)行個(gè)性化評(píng)價(jià)。腎臟負(fù)責(zé)循環(huán)血液的過(guò)濾，因此在設(shè)計(jì)納米粒子時(shí)需要考慮腎濾過(guò)過(guò)程中的

34、障礙。想要經(jīng)過(guò)腎臟代謝，納米顆粒須得穿過(guò)有孔內(nèi)皮、腎小球基膜、位于毛細(xì)血管內(nèi)皮和足細(xì)胞之間的厚層細(xì)胞外基質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)大分子量的單壁碳納米管（長(zhǎng)度100-500nm和直徑0.8-1.2nm）通過(guò)它們的長(zhǎng)軸穿過(guò)開(kāi)窗毛細(xì)血管內(nèi)皮，從而被腎臟清除。雖然減少納米顆粒的大小可能會(huì)提高腎清除率，但療效可能會(huì)受到影響，因此可溶解成可被腎臟清除的較小顆粒的多級(jí)生物可降解納米顆粒可能是有效的抗腫瘤納米載藥系統(tǒng)。然而，這種效應(yīng)也可能造成非特異性降解的危險(xiǎn)，也就是說(shuō)在到達(dá)靶組織之前，納米載藥系統(tǒng)就是釋放了藥物。納米載藥系統(tǒng)的血藥濃度必須在血漿中維持以達(dá)到化療效果，然后必須安全地從血流中排除以限制潛在的長(zhǎng)期副作用。血腦

35、屏障血腦屏障（blood-brain,BBB）介于血液和腦組織之間的對(duì)物質(zhì)通過(guò)有選擇性阻礙作用的動(dòng)態(tài)界面，由腦的連續(xù)毛細(xì)血管內(nèi)皮及其細(xì)胞間的緊密連接、完整的基膜、周細(xì)胞以及星形肢質(zhì)細(xì)胞腳板圍成的神經(jīng)膠質(zhì)膜構(gòu)成，其中內(nèi)皮是血腦屏障的主要結(jié)構(gòu)。對(duì)治療腦癌提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)樗辉试S包括離子，營(yíng)養(yǎng)素，特定肽和蛋白質(zhì)以及白細(xì)胞在內(nèi)的少于2%的分子通過(guò)。目前增加腦內(nèi)滲透的方法主要是直接將藥物引入腦內(nèi)，如腦室內(nèi)或腦內(nèi)注射、輸注和植入，這樣可能增加毒性風(fēng)險(xiǎn)和引起不均句的藥物擴(kuò)散。受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用為納米顆?？赡芡ㄟ^(guò)血腦屏障提供了可能性。這種方法依賴(lài)于配體或多肽標(biāo)記的納米粒子與內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體的結(jié)合。表面活性劑泊洛沙姆188或聚山梨酯80包裹的納米顆粒可以更多的血清蛋白質(zhì)如載脂蛋白E或A-1,從而增加其BBB的穿透性。載脂蛋白與