含酸敏感化学键的pH敏感性脂质体在肿瘤治疗中研究进展
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pH敏感型脂质体的研究进展10072855 王剑磊高材075摘要:本文对脂质体,着重对pH敏感型脂质体以及pH敏感型类脂组的系统组成作了一个较简单的介绍,并阐述了临界pH的影响因素及其应用。
关键词:pH敏感型脂质体、pH敏感型类脂组成的系统、临界pH的影响因素脂质体(Liposome)是利用磷脂双分子层膜所形成的囊泡包裹药物分子而形成的制剂。
由于生物体质膜的基本结构也是磷脂双分子层膜,脂质体具有与生物体细胞相类似的结构,因此有很好的生物相容性。
脂质体进入人体内部之后会作为一个“入侵者”而启动人体的免疫机制,被网状内皮系统吞噬,从而在肝、脾、肺和骨髓等组织中靶向性地富集。
这就是脂质体的被动靶向性。
脂质体主要成分是磷脂和胆固醇,其类似细胞膜的微球体。
20世纪年代末Rahman等人首先将脂质体作为药物载体应用。
70年代初用脂质体作为药物载体包埋淀粉葡萄糖甘酶治疗糖原沉积病首次获得成功。
脂质体作为药物载体具有使药物靶向网状内皮系统、延长药效、降低药物毒性、提高疗效、避免耐受性、改变给药途径等优点,但脂质体作为药物载体仍存在对有些疾病的靶向特征不理想、体内稳定性和贮存稳定性欠佳等缺点,因而限制了脂质体的临床应用和工业化生产。
近年来人们逐渐研制出长循环脂质体、前体脂质体、聚合膜脂质体等新犁脂质体以提高脂质体的稳定性;设计开发了温度敏感脂质体、pH敏感脂质体、免疫脂质体、磁性脂质体等新型脂质体以提高脂质体的靶向性。
本文将着重对pH敏感型脂质体的研究进展做一综述。
1.pH敏感型脂质体(pH—sensitive Liposomes )pH敏感型脂质体是指在低pH时脂肪酯羧基质子化而引起六角相形成,导致膜融合而达到细胞内靶向和控制药物释放的功能性脂质体,是用含有pH敏感基团的脂质制备的,可在一定程度上避免溶酶体降解并增加包封物摄取量和稳定性,有效地将包封物转运到胞浆。
基于肿瘤间质液pH比正常组织低,应用pH敏感型脂质体载药能获得较非pH敏感型脂质体更好的转移效果。
紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的研究紫杉醇是一种常用的抗癌药物,但它的溶解度较低,限制了其临床应用。
为了克服这一障碍,科研人员开始研究紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体。
这项研究对于药物递送系统的发展具有重要意义。
1. 紫杉醇的特点在探讨紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的研究之前,我们首先要了解紫杉醇的特点。
紫杉醇是一种有效的抗肿瘤药物,但由于其溶解度较低,给药量大,使用中普遍存在的问题包括注射部位疼痛、输液反应等。
2. 脂质体的作用脂质体是由一个或多个脂质双分子层组成的微粒,能够包裹药物,并且具有优良的生物相容性和生物降解性。
长循环脂质体则是对脂质体进行修饰,使其在体内停留时间更长。
3. 紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的制备方法研究者通过一系列方法,包括超声乳化法、薄膜分散法等,成功制备了紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体。
4. 研究结果和临床应用前景研究结果显示,紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的生物利用度较传统给药方式有显著提高,且对肿瘤组织有更好的靶向效果,减少了药物对正常组织的毒副作用。
这为其在临床应用上打下了良好的基础。
5. 结语紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的研究为药物递送系统的发展开辟了新的途径,具有重要的临床意义。
在未来的研究中,我们可以进一步探讨其在不同类型癌症治疗中的应用前景,以及如何改进其制备方法,以提高其稳定性和药效学特性。
在本文中,我们深入探讨了紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的研究,从紫杉醇的特点到脂质体的作用,再到制备方法和研究结果,全面地介绍了这一课题。
我个人认为,这种药物递送系统的研究对于提高抗肿瘤药物的疗效和减轻毒副作用具有重要的意义。
希望在未来的临床应用中能够取得更加突出的成果。
总结回顾:本文主要介绍了紫杉醇棕榈酸酯长循环脂质体的研究,着重介绍了其制备方法和临床应用前景,并分享了个人观点和理解。
希望这篇文章能够对你有所帮助,深入了解这一领域的研究进展。
紫杉醇是一种有效的抗肿瘤药物,然而其溶解度较低,限制了其临床应用。
在生活中,我们发现牵牛花的颜色不是固定不变的,牵牛花的颜色在每天的早晨是紫蓝色的,而到了中午和傍晚却慢慢地变成了红色。
这是为什么?植物学家研究发现,牵牛花含有的花青素在碱性溶液里呈蓝色,在酸性溶液里呈红色。
同时空气中的二氧化碳可以提高牵牛花的酸性。
因此一天当中随着牵牛花对二氧化碳吸收量的逐渐增火,牵牛花里的酸性也随之提髙,这样,人们在一天之中看见牵牛花的颜色是由紫色逐渐变红色的。
“pH是化学、生物和生理系统中比较重要的环境因素,作为刺激信号的操作具有便携性。
”Part.1/ pH响应材料pH响应性材料(pH-responsive materials)是一种刺激响应型聚合物,能够响应溶液pH的变化发生结构和性能变化(例如表面活性、链构象、溶解度和构型)。
“pH响应聚合物”通常用于描述具有可电离的酸性或碱性残基的聚合物,其电离度取决于溶液的pH值。
pH响应聚合物可以具有线性、支化或网络结构。
它们可能会根据自身结构对溶液条件表现出不同的响应和自组装行为。
例如,pH 值变化可能会导致聚合物链中官能团的(去)质子化。
某些情况下,pH值变化可能会引起均聚物絮凝、链塌陷、延伸和沉淀。
也可能导致自组装,形成胶束、单体、凝胶、囊泡、(去)溶胀等。
具有pH响应嵌段的嵌段(共)聚合物,支链(共)聚合物和星形(共)聚合物在pH改变时表面活性会发生变化。
此外,水凝胶和树状聚合物的结构在pH变化时表现出(去)溶胀行为。
用聚合物改性的表面在pH值变化时能得到离子表面和薄/厚涂层[1]。
Part.2/ pH响应材料的分类通常,含有碱性单体的pH响应聚合物在酸性条件下表现为阳离子聚合物,含酸性单体的聚合物在碱性条件下表现为阴离子聚合物。
1.阴离子型:pH响应性阴离子基团[伯胺基(-NH2),仲胺基(- NRH),叔胺基(-NR2)]2.阳离子型:pH响应性阳离子基团[羧酸类(如海藻酸),磷酸类(磷脂类细胞膜)]有必要根据不同的应用,选择这两种类型之一的单体或将它们结合使用。
综述-pH敏感双亲性聚合物pH敏感双亲性聚合物的研究进展pH敏感双亲性聚合物的研究进展摘要:pH敏感双亲性聚合物由于具有多种潜在的用途而引起广泛关注。
本文综述了pH敏感双亲性聚合物的概念,组成,分类,合成方法以及在药物输送中的应用,并对其发展趋势进行了展望。
关键词:pH敏感;双亲性;聚合物;共聚物;胶束;脂质体;纳米粒两亲性聚合物是指同一高分子中同时具有对两种性质不同的相(如水相与油相,两种油相,两种不相容的固相等)皆有亲和性的聚合物。
pH敏感性聚合物是其溶液相态能随环境pH、离子强度变化的聚合物。
已有理论研究结果表明,聚合物分子内及分子间交联作用力可以分为以下几种:氢键、范德华力、静电作用和疏水作用力[1]。
在pH响应体系中四种作用力共同起作用引发pH敏感性,其中离子间作用力起主要作用,其它三种作用力起到相互影响、相互制约的作用。
一般来说,具有pH响应性的高分子中含有弱酸性(弱碱性)基团,随着介质pH值、离子强度改变,这些基团发生电离,造成聚合物内外离子浓度改变,并导致大分子链段间氢键的解离,引起体相分子构型或溶解度的改变。
1.pH敏感双亲性聚合物的分类pH敏感双亲性聚合物有两大类:一是聚合物中包含弱酸、弱碱基团和聚电解质的化合物;二是聚合物中有能在酸性条件下水解的连接段[2]。
1.1包含有可离子化的弱酸、弱碱基团的聚合物和聚电解质化合物羧基是典型的弱有机酸聚合物取代基。
这一类可在较低pH下接受质子并在中性和较高pH下放出质子,如聚丙烯酸(PAA)或聚甲基丙烯酸(PMAA)。
弱有机碱聚合物如聚(4-乙烯基吡啶)在较高pH下接受质子,在较低pH下放质子,如聚[甲基丙烯酸-2-(N,N-二甲氨基)乙酯](PDMAEMA),侧基带有取代氨基,因而在中性或酸性条件下可获得质子[3,4]。
药物载体在酸性或碱性条件下,聚合物中pH敏感基团会水解断裂或极性发生变化,使得聚合物纳米粒子破裂,同时负载其中的药物会被释放出来[5-7],释放过程中没有药物和载体之间没有化学键的变化。
探究质子泵抑制剂抗肿瘤机制的研究进展质子泵是一种膜蛋白,存在于生物膜上,能逆浓度梯度转运氢离子。
常见的质子泵有三类: P 型质子泵、V 型质子泵、F 型质子泵。
其中空泡型质子泵( V 型质子泵) 位于小泡的膜,如溶酶体膜、高尔基体的囊泡膜以及植物液泡膜上,主要参与调节细胞器内的pH,与肿瘤的发生、发展密切相关。
质子泵抑制剂( proton pump inhibitors,PPI) 能抑制V-型ATP 酶( V-ATPase) 的活性来调控多数肿瘤细胞内的pH 梯度,从而调节肿瘤的酸性微环境,进而抑制肿瘤的生长,促进其凋亡,改变肿瘤细胞的恶性生物学行为。
PPI 也能通过调节细胞内酸性细胞器的pH 梯度来改变抗肿瘤药物在细胞内分布,增加核内药物摄取,增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。
另外,它也能通过调控自噬来改善肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。
除此之外,基于大多数肿瘤细胞主要以糖酵解的方式获取能量,肿瘤细胞这种代谢不仅可以为肿瘤细胞的增殖提供原料,还可为肿瘤细胞提供酸性微环境以利于其生存。
PPI 能打乱恶性肿瘤细胞的代谢特征,最终使肿瘤生长受抑制。
现对目前PPI 抗肿瘤机制的研究进展进行综述。
1 PPI 调控肿瘤细胞外酸性微环境与正常细胞相比,肿瘤细胞呈外酸内碱的pH梯度,这种pH 梯度的异常与肿瘤细胞特殊的代谢密切相关。
肿瘤细胞摄取葡萄糖的能力强,但主要以糖酵解的方式利用葡萄糖获能,同时产生大量的乳酸。
肿瘤细胞能利用乳酸来维持自身的酸性微环境,以利于其转移。
另一方面,由于肿瘤细胞生长旺盛,肿瘤组织极易出现相对血流灌注不足而引起异常酸性代谢产物的蓄积,促进了肿瘤新生血管的形成,为肿瘤的转移提供了适宜的环境。
一些研究表明,肿瘤细胞外的酸性微环境能够激发细胞增殖,活化转录因子,增强靶基因表达,促使肿瘤发生。
因此,充分了解肿瘤细胞酸性微环境的调控机制是寻找肿瘤治疗的新途径。
V-ATPase 在肿瘤细胞pH 调节机制中发挥关键性作用。
基于肿瘤治疗的siRNA药物递送系统1 脂质类siRNA递送载体脂质类siRNA递送载体主要包括阴离子脂质体(Anionic liposomes)、中性脂质体(Neutral liposomes)、阳离子脂质体(Cationic liposomes)、脂质颗粒(Stable nucleic acid lipid particles,SNALPs)和类脂纳米颗粒(Lipidoid nanoparticles)等,其结构如Figure 1.5。
商业化Lipofectamine是一类广泛用于DNA和RNA转染的阳离子脂质体,包括Lipofectamine RNAiMAX在内的siRNA转染试剂在细胞水平已经取得了很高的转染效率。
阳离子脂质体用于细胞转染的机制是正电荷的脂质和负电荷的细胞膜通过静电相互作用,协助siRNA被细胞吞噬。
Figure 1.5 Lipid-based siRNA delivery systems. The structure of SNALPs (stable nucleic acid lipid particles) and lipidoid nanoparticles are similar.1.1 阴离子、中性、阳离子脂质体由于所有的生物膜都带负电荷,一般来说阴离子脂质体或者中性脂质体在生物相容性和药代动力学上都优于阳离子脂质体。
L,2-二油酰基-sn-甘油基-3-磷脂酰胆碱(DOPC)是一种中性脂质,被用于提高siRNA的包裹效率。
Landen等在2005年通过DOPC制备了一种包裹靶向癌蛋白EphA2 siRNA的中性脂质体(siRNA-EphA2-DOPC),给卵巢癌原位小鼠模型注射这种siRNA-EphA2-DOPC脂质体48小时后,可以检查到EphA2的表达被明显下调。
目前siRNA-EphA2-DOPC已经在安德森癌症中心(M.D. Anderson Cancer Center)进行临床I期试验。
pH敏感双亲性聚合物的研究进展摘要:pH敏感双亲性聚合物由于具有多种潜在的用途而引起广泛关注。
本文综述了pH 敏感双亲性聚合物的概念,组成,分类,合成方法以及在药物输送中的应用,并对其发展趋势进行了展望。
关键词:pH敏感;双亲性;聚合物;共聚物;胶束;脂质体;纳米粒两亲性聚合物是指同一高分子中同时具有对两种性质不同的相(如水相与油相,两种油相,两种不相容的固相等)皆有亲和性的聚合物。
pH敏感性聚合物是其溶液相态能随环境pH、离子强度变化的聚合物。
已有理论研究结果表明,聚合物分子内及分子间交联作用力可以分为以下几种:氢键、范德华力、静电作用和疏水作用力[1]。
在pH响应体系中四种作用力共同起作用引发pH敏感性,其中离子间作用力起主要作用,其它三种作用力起到相互影响、相互制约的作用。
一般来说,具有pH响应性的高分子中含有弱酸性(弱碱性)基团,随着介质pH 值、离子强度改变,这些基团发生电离,造成聚合物内外离子浓度改变,并导致大分子链段间氢键的解离,引起体相分子构型或溶解度的改变。
1.pH敏感双亲性聚合物的分类pH敏感双亲性聚合物有两大类:一是聚合物中包含弱酸、弱碱基团和聚电解质的化合物;二是聚合物中有能在酸性条件下水解的连接段[2]。
1.1包含有可离子化的弱酸、弱碱基团的聚合物和聚电解质化合物羧基是典型的弱有机酸聚合物取代基。
这一类可在较低pH下接受质子并在中性和较高pH下放出质子,如聚丙烯酸(PAA)或聚甲基丙烯酸(PMAA)。
弱有机碱聚合物如聚(4-乙烯基吡啶)在较高pH下接受质子,在较低pH下放质子,如聚[甲基丙烯酸-2-(N,N-二甲氨基)乙酯](PDMAEMA),侧基带有取代氨基,因而在中性或酸性条件下可获得质子[3,4]。
药物载体在酸性或碱性条件下,聚合物中pH敏感基团会水解断裂或极性发生变化,使得聚合物纳米粒子破裂,同时负载其中的药物会被释放出来[5-7],释放过程中没有药物和载体之间没有化学键的变化。
第42卷㊀第5期2023年㊀10月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol 42㊀No 5October㊀2023㊃综㊀述㊃作者单位:1㊀上海理工大学健康科学与工程学院(上海㊀200093)2㊀上海健康医学院(上海㊀201318)通信作者:朱君,E⁃mail:yzjzhu@163 com;李伟,E⁃mail:410416827@qq comsiRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗的研究进展王飞1㊀严辰玥2㊀孙嘉2㊀商宇萌2㊀李伟2㊀朱君2摘㊀要㊀近年来基于RNA干扰(RNAinterference,RNAi)的基因治疗技术在肿瘤治疗方面引起广泛关注㊂在常规药物治疗无效的情况下,RNAi为癌症患者带来了新的希望㊂但是,由于小分子干扰RNA(smallinterferingRNA,siRNA)在体内存在易降解㊁难递送等问题,极大地限制了其临床转化潜力㊂纳米载体以其独特的尺寸效应和多样的修饰策略,能够介导高效㊁靶向的RNA递送,以实现其基因沉默㊂本文综述了RNAi在基因治疗中的作用机制以及体内递送siRNA的不同载体,介绍了载体体内递送siRNA的主要障碍和作用靶点,并比较了不同载体在siRNA递送中的优势和不足,为新载体的设计提供借鉴,推动RNA干扰疗法向临床的转化㊂关键词㊀RNA干扰;小分子干扰RNA;基因沉默;纳米载体;肿瘤治疗DOI:10 3969/j.issn.1002-3208 2023 05 018.中图分类号㊀R318 04㊀㊀文献标志码㊀A㊀㊀文章编号㊀1002-3208(2023)05-0541-05本文著录格式㊀王飞,严辰玥,孙嘉,等.siRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗的研究进展[J].北京生物医学工程,2023,42(5):541-545.WANGFei,YANChenyue,SUNJia,etal.Researchprogressofnon⁃viraldeliveryofsiRNAfortumortherapy[J].BeijingBiomedicalEngineering,2023,42(5):541-545.Researchprogressofnon⁃viraldeliveryofsiRNAfortumortherapyWANGFei1,YANChenyue2,SUNJia2,SHANGYumeng2,LIWei2,ZHUJun21㊀SchoolofHealthScienceandEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai㊀200093;2㊀ShanghaiUniversityofMedicine&HealthSciences,Shanghai㊀201318Correspondingauthors:ZHUJun(E⁃mail:yzjzhu@163 com);LIWei(E⁃mail:410416827@qq com)ʌAbstractɔ㊀Inrecentyears,genetherapybasedonRNAinterference(RNAi)hasattractedwideattentionintumortherapy.RNAioffersnewhopeforcancerpatientswhenconventionaldrugtreatmentsareineffective.However,duetotheproblemssuchaseasydegradationanddifficultdeliveryofsmallinterferingRNA(siRNA)invivo,itsclinicaltransformationpotentialisgreatlylimited.Withitsuniquesizeeffectandvariousmodificationstrategies,nano⁃carriercanmediateefficientandtargetedRNAdeliverytoachievegenesilencing.ThispaperreviewsthemechanismofRNAiingenetherapyanddifferentcarriersfordeliveringsiRNAinvivo,introducesthemainobstaclesandtargetsofsiRNAdeliveryinvivo,andcomparestheadvantagesanddisadvantagesofdifferentcarriersinsiRNAdelivery,soastoprovidereferenceforthedesignofnewvectorsandpromotethetransformationofRNAitherapytoclinic.ʌKeywordsɔ㊀RNAinterference;smallinterferingRNA;genesilencing;nano⁃carrier;tumortherapy0㊀引言癌症是全球死亡率最高的非传染性疾病之一,已经成为人类生命健康的主要威胁[1]㊂通过手术㊁放化疗等传统方法治疗癌症通常费用昂贵,且患者痛苦,有时甚至效率低下㊂癌症的基因治疗具有疗效高㊁副作用小等优点[2]㊂其中RNAi是一种是将非编码双链RNA(double⁃strandedRNA,dsRNA)送入癌细胞,引发靶向信使RNA(messengerRNA,mRNA)的同源依赖性降解,从而导致特异性的基因沉默机制[3-4]㊂由dsRNA引起的基因沉默现象最早在植物中观察到,其中siRNA是一种可以沉默靶基因表达,具有特定序列和长度(21 23个碱基对)的dsRNA分子㊂它可以由dsRNA经Dicer酶裂解后在胞内生成,也可以通过人工合成㊂进入胞浆后的siRNA与Ago蛋白形成RNA诱导的沉默复合物(RNA⁃inducedsilencingcomplex,RISC)㊂在RISC中siRNA裂解,随后由反义链对靶mRNA进行碱基配对酶切,抑制了目标RNA翻译为蛋白质,达到基因沉默的目的[5-6]㊂FDA批准Alnylam生产的ONPATTRO投入临床治疗[7],标志着RNA成为继化学和蛋白质疗法之后在制药学的第三个里程碑㊂目前siRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗已成为纳米生物医药的研究热点㊂siRNA可以通过诱导mRNA的降解,以序列特异性的方式抑制致癌基因的表达,在细胞信号转导中发挥重要作用,因此基于siRNA的抗癌药物具有广泛的应用前景㊂但是目前siRNA递送的主要障碍有:全身给药后siRNA在体内的非特异性分布造成的低转染效率,引起免疫反应及毒性;siRNA易受核酸酶的降解以及网状内皮系统的清除;血管内皮壁㊁多重组织的物理屏障阻碍了siRNA药物导入肿瘤细胞;siRNA被细胞摄取和内吞效应低;siRNA无法实现高效的内体逃逸以及其对mRNA的脱靶效应㊂为了克服这些问题,本文将围绕siRNA非病毒载体进行综述,主要包括载体的体内递送过程㊁不同载体用于siRNA递送中的优势和不足,以及它们中一些已经进入临床试验的siRNA载体及制剂,为新载体的设计提供借鉴,推动RNAi疗法向临床的转化㊂1㊀siRNA药物用于治疗的主要障碍及作用靶点㊀㊀通过化学修饰和特定序列设计的RNAi疗法几乎能够降解任何基因mRNA转录物,具有高度特异性㊂同时它依赖ATP的供能,通过天然的调节途径,以催化作用的方式将抑制特定基因表达的效率最大化㊂选择合适的靶点和给药途径非常重要㊂siRNA在消化道内的不稳定性以及其对于肠道上皮细胞的低渗透性都严重阻碍了口服给药的进行㊂同时皮下注射也受到亲脂性和载体大小的限制㊂相比之下,静脉注射是首选㊂静脉注射后裸露的siRNA分子会被血清核酸内切酶降解,最终被肾脏清除[8]㊂同时网状内皮系统(如肝㊁脾)巨噬细胞的非特异性摄取也会对它们造成吞噬破坏㊂在细胞外屏障方面,细胞外基质的复杂性㊁siRNA与细胞膜之间的电荷排斥以及选择性区域(如血脑屏障)的紧密连接都阻碍siRNA对组织的渗透[9-10]㊂在细胞内屏障中,通过内吞作用进入胞内的siRNA分子如果无法实现早期的内体逃逸,则会被溶酶体酸化降解以及胞吐排出[11]㊂逃逸到细胞质中的外源性siRNA还可能会造成靶基因以外的基因表达减少,具有潜在治疗风险㊂此外,siRNA序列中的特殊结构可能会通过激活Toll样受体,产生干扰素(α或β)和炎性细胞因子,触发不必要的免疫反应㊂针对药物和抗体难以抑制的转录因子和某些关键的肿瘤蛋白(如Ras)[12],siRNA可以通过碱基配对识别其靶标㊂目前已有多种靶点被开发出来用于抗肿瘤药物的筛选,包括程序性死亡因子配体-1(programmeddeathligand1,PD-L1)㊁细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxicT-lymphocyte⁃associatedprotein4,CTLA4)㊁表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)㊁血管内皮生长因子等㊂根据靶标作用机制可以将其分为靶向肿瘤形成调控机制㊁肿瘤微环境㊁肿瘤免疫调节㊁肿瘤生物标志物及肿瘤干细胞㊂EGFR常在非小细胞肺癌中表达异常,其中19号外显因子缺失突变最为常见㊂它激活了EGFR的酪氨酸激酶活性,从而诱导下游的促生长信号通路㊂Nascimento等[13]将构建的针对致癌EGFR突变体的等位基因特异性siRNA递送到肺肿瘤模型中,成功诱导了其凋亡㊂针对PD-L1和CTLA4的免疫疗法已经在治疗黑色素瘤㊁霍奇金淋巴瘤㊁非小细胞肺癌和膀胱癌中获得了进展㊂2㊀siRNA递送载体的主要类型开发合适的载体显得非常必要㊂目前研究主要集中在开发保护siRNA不受核酸酶影响的载体㊂载体通常以静电或共价方式[14]与siRNA结合形成纳米颗粒㊂㊃245㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷2 1㊀脂质体及脂质类似物脂质体制剂具有高度的生物相容性,作为最成熟的RNA载体已成功应用于COVID-19mRNA疫苗的递送,推动了基因治疗的边界㊂脂质体中阳离子脂类最常见,它通过静电吸附的方式显著提高了体外转染效率㊂目前大多数脂质复合物在阳离子脂类的基础上添加了如二油酰磷脂酰胆碱(dioleoylphosphatidylcholine,DOPC)㊁二油酰磷脂酰乙醇胺(dioleoylphosphatidylethanolamine,DOPE)㊁胆固醇[15]和其他一些天然脂类㊂这些中性辅助脂质提高了载体的稳定性和细胞摄取率㊂Hattori等[16]制备了17种由阳离子脂质和DOPE组成的脂质复合物,结果表明不同的阳离子脂质类型对静脉注射后siRNA的生物分布和抑制效率影响显著㊂相比之下,环境响应型脂质是一类新型的脂质传递系统㊂这些脂质具有简单的化学结构,并对肿瘤微环境的变化作出响应(如可电离且pH敏感的可质子化氨基脂)㊂与阳离子脂质不同,可质子化氨基脂中的氨基头基在酸性pH下会电离而带强正电荷,电荷密度控制着颗粒之间的相互作用并抗衡离子的吸附,从而控制着纳米颗粒的稳定性㊂多项研究表明肿瘤微环境响应型脂质疗效高且副作用低,但其在克服免疫系统的清除实现最大递送效率方面还需进一步优化㊂临床上脂质体制剂Atu027和ALN-VSP02已经分别完成了Ⅰ/Ⅱ期和Ⅰ期试验㊂其中Atu027是一种针对蛋白激酶N3的特异性siRNA制剂,它联合吉西他滨在治疗晚期胰腺癌受试者上显示出良好的安全性和耐受性㊂同时Tekmira公司研发出一款靶向于Polo样激酶1的siRNA药物TKM-080301㊂针对该药物开展的Ⅰ/Ⅱ期临床研究在晚期实体瘤患者中进行,结果证明了它的抗肿瘤活性和良好耐受性㊂2 2㊀聚合物聚合物容易大规模合成与生产,且其只依赖于非共价作用,如静电效应或氢键压缩siRNA㊂目前多种阳离子聚合物(cationicpolymer,CP)已被广泛用于核酸传递,它们具有共同的理化特性[17],如阳离子电荷㊁两亲性和融合性㊂具有代表性的CP有聚乙烯亚胺(polyethylenimine,PEI)㊁聚β-氨基酸酯(Polyβ-aminesters,PBAE)㊁聚赖氨酸(poly⁃L⁃lysine,PLL)㊁聚丙交酯乙交酯(polylactide⁃co⁃glycolide,PLGA)以及聚酰胺胺(polyamidoamine,PAMAM)等㊂CP方便进行化学修饰,与阳离子脂质体相比它不含疏水部分而直接溶于水㊂目前CP的转染效率和细胞毒性之间的平衡问题是其用于临床的主要挑战㊂聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)可将外源基因转染到悬浮细胞或贴壁细胞中㊂它的高缓冲能力可以通过 质子海绵效应 促进内体释放[18]㊂然而PEI通常不易降解,聚合链上的高密度电荷与蛋白质之间的强烈作用也会降低多聚体的血清稳定性㊂Xue等[19]通过三氟乙酸乙酯和全氟丁酰氯的酰胺化反应合成的两个系列的氟化PEI,发现经氟化处理后的PEI细胞毒性显著降低㊂氟化已被证明是降低PEI的细胞毒性和提高siRNA递送效率的有效方法㊂PLL和PBAE与PEI相比生物相容性更好,但是化学键的不稳定性增加了它们进行高效递送的难度[20]㊂PLGA具有粒径小㊁相对无毒和持续释放轮廓的优点㊂表面具有大量活性基团的PAMAM树枝状大分子可以通过修饰不同的官能团(配体)来实现其药物靶向[21]㊂然而高度分支化的PAMAM提供了高效基因转染的同时也具有高度毒性㊂不同于线型结构的CP,分支化的CP通过其多功能末端基团组成的三维结构能更紧密地包裹siRNA,在生理pH下形成多聚复合物㊂与CP相比,天然类聚合物生物相容性更好㊂胶原蛋白是天然类聚合物的代表㊂目前试验中常通过靶向修饰siRNA/胶原蛋白复合物来抑制肿瘤生长㊂基于环糊精聚合物的纳米颗粒CALAA-01是第一个进入癌症临床试验的靶向siRNA传递系统[22],但是Ⅰ期临床试验由于患者出现剂量限制的毒副反应而终止㊂壳聚糖(chitosan,CS)是一种线性多糖,pKa值为6 2 7 0的D-氨基葡萄糖残基弱化了壳聚糖的碱性㊂当pH低于pKa时,伯胺会质子化㊂CS与siRNA结合构成的磷酸骨架转染效率较低㊂Choi等[23]通过加入阳离子谷氨酰胺偶联壳寡糖构建了纳米载体系统,显著提高了转染效率㊂在治疗胰腺癌方面,以聚合物胶束为制剂的NC-6004已经进入到Ⅲ期临床试验㊂而NC-4016也投入到治疗各种实体瘤初步的临床药理学㊁人体安全性评价试验中㊂同时,SilenSeed公司研发出的靶向siRNA药物siG12D-LODER也进入Ⅱ期临床试验㊂它是一种可生物降解的聚合物基质,其Ⅰ期数据显示出与化疗药物(如吉西他滨㊁厄洛替尼以及奥沙利铂)联用对胰腺导管腺癌具有一定疗效㊂㊃345㊃第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀王飞,等:siRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗的研究进展2 3㊀无机纳米颗粒无机纳米粒子(inorganicnanoparticles,INPs)尺寸可控㊁表面易于化学修饰,显示出对酶降解优异稳定性的同时体内示踪效果也较好㊂目前主要需要克服其在体内长期滞留带来的潜在不良反应㊂常用的INPs如下:金纳米颗粒(goldnanoparticles,GNPs)的尺寸很小,能够直接通过核孔复合体进行核靶向㊂此外,GNPs通过改变不同的生物活性配体如肽㊁聚合物和抗体来实现其功能多样性㊂据报道,环状精甘天冬氨酸(arginylglycylasparticacid,RGD)肽修饰的GNPs抗癌效果良好㊂相对于Cu和Ag,S与Au配体的共价性较强㊂利用GNPs传递siRNA的最直接方法是通过Au-S共价将siRNA偶联到其表面㊂例如,Ahwazi等[24]将人类免疫缺陷病毒的反式激活蛋白通过Au-S键偶联到GNPs上来治疗乳腺癌㊂磁性氧化铁纳米颗粒通过磁响应性在控制粒子目标成像的同时还能产生高热来消融组织㊂介孔二氧化硅纳米颗粒(mesoporoussilicananoparticles,MSNs)比表面积大,结合位点多,易于官能化㊂Pinese等[25]将PEI接枝到粒子的表面,设计了一种纤维表面吸附的新型siRNA/MSN-PEI涂层支架,基因沉默效果良好㊂目前已证明用阳离子聚合物包覆的MSNs可以有效地负载siRNA㊂最近,一种用于正电子发射断层扫描光学成像的124I环状RGD多肽无机杂化纳米粒子由于其尺寸极小㊁靶向性好而受到了关注㊂它在Ⅰ期临床试验中对转移性黑色素瘤的整合表达病灶产生了明显的对比㊂2 4㊀细胞穿透肽细胞穿透肽(cell⁃penetratingpeptides,CPP)因病毒跨膜蛋白结构域的研究而被发现[26]㊂在增强CPP靶向特异性方面主要有两种方法:设计以肿瘤细胞为首选和针对癌细胞内特性的工程肽㊂药物可以与肿瘤归巢蛋白㊁膜受体特异性抗体相连接㊂此外,基于CPP的药物可以被设计成只在肿瘤特殊的生理微环境中激活㊂如Ben等[27]通过研究由细胞穿透肽gH625功能化的siRNA纳米载体(称为CS⁃MSN)在三阴性乳腺癌模型中的细胞转运,发现CS⁃MSN转染效率比相同的不含gH625肽的纳米载体高1 7倍㊂同人工合成载体的内吞作用不同,CPP最大的特征在于其可以不依赖能量直接穿膜㊂CPP与siRNA共价或非共价结合成纳米颗粒,但其在体内递送的稳定性还有待提高㊂2 5㊀外泌体外泌体具有长循环的半衰期和可变形的细胞骨架,它在细胞间充当着通信媒介的作用㊂同时部分细胞分泌的外泌体对肿瘤还具有归巢能力[28]㊂Xu等[29]以P21激活激酶(4P21-activatedkinase4,PAK4)为靶点,通过瘤内注射将来自胰腺癌的外泌体包裹PAK4特异性siRNA(PAK4-specificsiRNA,siPAK4)输送到肿瘤细胞中,H&E染色显示siPAK4处理组有明显的组织细胞凋亡,小鼠的存活率显著提高(P<0 001)㊂外泌体具有和脂质体类似的双层磷脂,膜上特定的蛋白与脂质有助于其靶向融合㊂但与人工合成脂质不同,细胞自身分泌的膜囊泡可以最大限度地降低机体的免疫反应㊂目前提高外泌体的RNA装载量是需要解决的首要问题㊂3㊀结语siRNA是一种可以下调那些直接或间接导致癌细胞异常增殖基因的有效工具[30]㊂本文综述了各种递送载体用于肿瘤治疗的现状㊂传统的阳离子脂质和聚合物转染效率高㊁生产简单,但还存在高电荷引起的潜在毒性㊁靶向能力弱㊁难以在体内追踪等问题㊂新型环境响应型脂质是一种具有明确㊁简单化学结构的载体㊂在临床上,脂质体(如阿霉素脂质体)是第一类获得FDA批准用于治疗癌症的纳米颗粒[31]㊂与聚合物和脂质体相比,尺寸可控的INPs更加稳定㊂INPs由于其独特的物理化学性质便于体内示踪,然而它们的生物安全性还有待进一步检验㊂目前已有大量CPP成功实现了体外细胞对siRNA的高效转染,细胞毒性小,但是它在体内并不稳定㊂而外泌体生物相容性好,前景广阔㊂理想的siRNA递送系统应该是无毒且非免疫原性的,以保护siRNA在递送过程中不被降解,并促进肿瘤组织的特异性高效摄取㊂相信随着纳米载药技术的不断发展,在不久的将来,基于基因突变的个性化治疗将成为可能㊂参考文献[1]㊀SigelRL,MillerKD,FuchsHE,etal.Cancerstatistics,2021[J].CA:ACancerJournalforClinicians,2021,71(1):7-33.[2]㊀TangY,LiuY,XieYW,etal.ApoptosisofA549cellsbysmallinterferingRNAtargetingsurvivindeliveryusingpoly-β-aminoester/guanidinylatedO⁃carboxymethylchitosannanoparticles[J].AsianJournalofPharmaceuticalSciences,2020,15(1):121-128.㊃445㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷[3]㊀CondeJ,AmbrosoneA,HernandezY,etal.15yearsonsiRNAdelivery:BeyondtheState⁃of⁃the⁃ArtoninorganicnanoparticlesforRNAitherapeutics[J].NanoToday,2015,10(4):421-450.[4]㊀HattabD,BakhtiarA.BioengineeredsiRNA⁃Basednanoplatformstargetingmolecularsignalingpathwaysforthetreatmentoftriplenegativebreastcancer:preclinicalandclinicaladvancements[J].Pharmaceutics,2020,12(10):929.[5]㊀黄林卓,蔡佩娥,尹东,等.肿瘤微环境响应的纳米载体用于siRNA体内递送研究进展[J].中国科学:生命科学,2020,50(10):1082-1102.HuangLZ,CaiPE,YinD,etal.Progressinthetumorenvironment⁃responsivenanocarriersforinvivosiRNAdelivery[J].SCIENCECHINA:LifeSciences,2020,50(10):1082-1102.[6]㊀ShiJJ,KantoffPW,WoosterR,etal.Cancernanomedicine:progress,challengesandopportunities.[J].NatureReviewsCancer,2017,17(1):20-37.[7]㊀BinzelDW,GuoSC,YinHR,etal.Rationaldesignforcontrolledreleaseofdicer⁃substratesiRNAharboredinphi29pRNA⁃basednanoparticles[J].MolecularTherapy⁃NucleicAcids,2021,25:524-535.[8]㊀CharbeNB,AmnerkarND,RameshB,etal.SmallinterferingRNAforcancertreatment:overcominghurdlesindelivery.[J].ActaPharmaceuticaSinica.B,2020,10(11):2075-2109.[9]㊀WangJJ,WangYC,WangRF,etal.Targetednanoparticlesforprecisecancertherapy[J].ScienceChinaLifeSciences,2019,62(10):1392-1395.[10]㊀LiuY,XuCF,IqbalS,etal.Responsivenanocarriersasanemergingplatformforcascadeddeliveryofnucleicacidstocancer[J].AdvancedDrugDeliveryReviews,2017,115:98-114.[11]㊀KimB,ParkJH,SailorMJ.RekindlingRNAitherapy:materialsdesignrequirementsforinvivosiRNAdelivery[J].AdvancedMaterials,2019,31(49):1903637.[12]㊀RankAP,KochA.Lab⁃to⁃fieldtransitionofrnasprayapplications⁃Howfararewe?[J].FrontiersinPlantScience,2021,12:755203.[13]㊀NascimentoAV,SinghA,BousbaaH,etal.Overcomingcisplatinresistanceinnon⁃smallcelllungcancerwithMad2silencingsiRNAdeliveredsystemicallyusingEGFR⁃targetedchitosannanoparticles[J].ActaBiomaterialia,2017,47:71-80.[14]㊀AlshaerW,ZureigatH,AIKarakiA,etal.siRNA:Mechanismofaction,challenges,andtherapeuticapproaches[J].EuropeanJournalofPharmacology,2021,905:174178.[15]㊀AntipinaAY,GurtovenkoAA.Towardunderstandingliposome⁃basedsiRNAdeliveryvectors:atomic⁃scaleinsightintosiRNA⁃lipidinteractions[J].Langmuir,2018,34(29):8685-8693.[16]㊀HattoriY,NakamuraM,TakeuchiN,etal.EffectofcationiclipidincationicliposomesonsiRNAdeliveryintothelungbyintravenousinjectionofcationiclipoplex[J].JournalofDrugTargeting,2019,27(2):217-227.[17]㊀WangH,MiaoWJ,WangF,etal.Aself⁃assembledcoumarin⁃anchoreddendrimerforefficientgenedeliveryandlight⁃responsivedrugdelivery[J].Biomacromolecules,2018,19(6):2194-2201.[18]㊀CaoY,HuangHY,ChenLQ,etal.EnhancedlysosomalescapeofpH⁃responsivepolyethylenimine⁃betainefunctionalizedcarbonnanotubeforthecodeliveryofsurvivinsmallinterferingRNAanddoxorubicin[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2019,11(10):9763-9776.[19]㊀XueL,YanYF,KosP,etal.PEIfluorinationreducestoxicityandpromotesliver⁃targetedsiRNAdelivery[J].DrugDeliveryAndTranslationalResearch,2021,11(1):255-260.[20]㊀ElJundiA,MorilleM,BettacheN,etal.Degradabledoublehydrophilicblockcopolymersandtripartitepolyioniccomplexmicellesthereofforsmallinterferingribonucleicacids(siRNA)delivery[J].JournalofColloidAndInterfaceScience,2020,580:449-459.[21]㊀LiJ,LiangH,LiuJ,etal.Poly(amidoamine)(PAMAM)dendrimermediateddeliveryofdrugandpDNA/siRNAforcancertherapy[J].InternationalJournalofPharmaceutics,2018,546(1-2):215-225.[22]㊀MousazadehH,Pilehvar⁃SoltanahmadiY,DadashpourM,etal.Cyclodextrinbasednaturalnanostructuredcarbohydratepolymersaseffectivenon⁃viralsiRNAdeliverysystemsforcancergenetherapy[J].JournalofControlledRelease:OfficialJournalofTheControlledReleaseSociety,2021,330:1046-1070.[23]㊀ChoiB,CuiZK,KimS,etal.Glutamine⁃chitosanmodifiedcalciumphosphatenanoparticlesforefficientsiRNAdeliveryandosteogenicdifferentiation[J].JournalofMaterialsChemistryB,2015,3(31):6448-6455.[24]㊀AhwaziRP,KianiM,DinarvandM,etal.ImmobilizationofHIV⁃1TATpeptideongoldnanoparticles:AfeasibleapproachforsiRNAdelivery[J].JournalofCellularPhysiology,2020,235(3):2049-2059.[25]㊀PineseC,LinJQ,MilbretaU,etal.SustaineddeliveryofsiRNA/mesoporoussilicananoparticlecomplexesfromnanofiberscaffoldsforlong⁃termgenesilencing[J].ActaBiomaterialia,2018,76:164-177.[26]㊀KiisholtsK,K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pH-敏脂质体研究的最新进展王弘王志清王升启脂质体是具有双层膜的封闭式粒子。
脂质体技术主要是利用生物膜的物理化学性质作为药物载体。
脂质体转运DNA原理是脂质体加速大分子、荷电多的分子透过细胞膜。
此过程相当复杂,尤其在包封较大片段上。
由于这种技术在实践中只在体外使用且要用融合剂,荷电越多用途越少;同时由于脂质体稳定性和在环境中相互作用的特点而不能广泛使用。
采用pH敏脂质体可以改善转运并且不改变方向。
立体稳定性的pH-敏脂质体在血循环中极稳定,避免了在血循环中被迅速清除,可在血管部位渗出并在肿瘤组织发挥作用,已成功地用于人体肿瘤治疗的临床前和临床试验。
pH-敏脂质体是一种具有细胞内靶向和控制药物(如基因、核酸、肽、蛋白质)释放的功能性脂质体。
其原理是pH低时可导致脂肪酯羧基的质子化而引起六角晶相的形成,这是膜融合的主要机制。
在酸性条件下,即在核内体(endosome)形成后几分钟内,进入溶酶体之前, pH从7.4减至5.3~6.3左右时,pH-敏脂质体膜发生结构改变,促使脂质体膜与核内体/溶酶体膜的融合,将包封的物质导入胞浆及主动靶向病变组织,避免网状内皮系统的清除。
制成pH敏脂质体可在一定程度上避免溶酶体降解并增加包封物摄取量和稳定性,有效地将包封物转运到胞浆。
转染技术上应用pH-敏脂质体是目前生物大分子转运的重要手段,在体外实验成功的同时,显示体内基因靶向的特点;经结合抗体或采用特殊组成制备的特殊pH-敏脂质体能达到提高靶向、延长体内循环时间等目的。
1 pH-敏脂质体减少病毒介导基因转染的方法是采用非病毒载体。
采用脂质体介导DNA进入细胞已有19年历史。
根据与溶酶体融合前的细胞内空泡融合而设计的pH-敏脂质体,DNA释放入胞浆而不被溶酶体的降解酶破坏。
pH-敏脂质体的组成影响pH-敏脂质体的pH敏感性。
由于脂膜中含有不饱和PE(磷脂酰乙醇胺),不易水化,它在中性生理环境下可形成六角晶相,须加入某些脂肪酸以制成稳定的脂质。