树状大分子作为药物运载体系的研究进展 - 副本 - 副本
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作为抗癌药物载体的高分子研究进展
郭艳玲;冯玉梅
【期刊名称】《天津科技大学学报》
【年(卷),期】2004(019)003
【摘要】利用具有生物相容性的高分子作为载体,化学结合或物理包裹抗肿瘤化学药物,可提高抗肿瘤药物在体内的稳定性和生物利用度.本文从作为抗肿瘤药物载体的高分子的类型、制备方法、性能等方面综述了国内外的研究进展.
【总页数】5页(P11-15)
【作者】郭艳玲;冯玉梅
【作者单位】天津科技大学理学院,天津,300222;天津医科大学附属肿瘤医院,天津,300060
【正文语种】中文
【中图分类】O631.3
【相关文献】
1.树状大分子作为抗癌药物载体的研究进展 [J], 金萍;吉靖;王学霞
2.高分子材料在药物载体方面的研究进展 [J], 蒋薇
3.基于合成高分子的纳米药物载体的研究进展 [J], 余丽丽;姚琳;杨黎燕;杨宽;李仲谨
4.肿瘤酸度响应高分子药物载体研究进展 [J], 孙春阳
5.聚氨酯用作抗癌药物载体的研究进展 [J], 张菘; 周瑜; 刘静怡; 陈红祥; 陶旺旺
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纳米载药系统应用于缺血性脑卒中的研究进展目的:了解纳米载药系统在缺血性脑卒中领域的研究现状,为新型药物制剂的研发提供参考。
方法:以“Nanoparticles”“Ischemic stroke”“Brain”“Nanomedicine” “Liposome”“Imaging”等为关键词,在PubMed、Elsevier等数据库检索2010-2017年的相关文献,对纳米载药系统应用于缺血性脑卒中领域的研究进展进行总结。
结果:共检索到相关文献1 115篇,其中有效文献49篇。
神经保护剂类等药物用于治疗缺血性脑卒具有较好的效果,但血脑屏障的存在使得大部分药物无法入脑发挥疗效,而纳米载药系统可作为递送药物入腦的有效方法。
用于缺血性脑卒中的纳米载药系统主要有脂质体、纳米粒、纳米凝胶、树状大分子胶束以及基于无机纳米材料的载药系统等类型,不同类型的载药系统各有不同的优缺点。
其中,脂质体的载药率、入脑效率高,但稳定性和分散性较差;聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米粒稳定性好,但存在突释问题;壳聚糖纳米粒缓释性、靶向性较好,但分散性较差,可能有潜在的有机溶剂毒性;纳米凝胶缓释性能良好,但生物相容性还需提高;树状大分子载药系统包载性能良好,但有潜在的生物毒性;基于无机纳米材料的载药系统仍存在生物相容性问题。
超顺磁性氧化铁与胆碱等已制成纳米系统用于脑缺血成像研究。
结论:纳米载药系统在缺血性脑卒中领域的应用大多处于实验室研究阶段,今后需进一步重点解决现有纳米载药系统的稳定性、缓释性及生物相容性等问题。
关键词纳米载药系统;缺血性脑卒中;治疗;脑靶向;血脑屏障;研究进展脑卒中是一种由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的疾病,主要分为缺血性脑卒中(又称为“脑梗死”)和出血性脑卒中,临床上以缺血性脑卒中为多见,其发病率约占脑卒中的80%以上[1]。
目前,缺血性脑卒中的临床最佳治疗方法是溶栓治疗,即在发病后4.5 h的最佳治疗时间窗内静脉注射抗血栓药物以溶解血栓,从而恢复脑部血流灌注[2]。
蛋白质载药体系的研究进展及其应用一、概览蛋白质载药体系是一种将药物分子或生物大分子通过特定的方法嵌入到蛋白质结构中,从而实现药物的靶向输送、调控和治疗的新型药物传递系统。
近年来随着生物技术的不断发展,蛋白质载药体系的研究取得了显著的进展,为药物研发和临床应用提供了新的思路和途径。
本文将对蛋白质载药体系的研究进展及其在药物递送领域的应用进行概述。
首先本文将介绍蛋白质载药体系的基本概念和分类,包括传统的化学修饰法、物理吸附法、共价偶联法等方法以及近年来发展起来的功能化蛋白质设计技术。
这些技术在实现药物靶向输送、提高药物稳定性和生物相容性等方面具有重要意义。
其次本文将重点关注蛋白质载药体系在癌症治疗领域的应用,由于肿瘤细胞表面存在大量的抗原肽,因此基于抗原抗体杂交的癌症诊断和治疗具有巨大的潜力。
通过将药物分子或生物大分子与肿瘤特异性抗原结合,可以实现对肿瘤细胞的有效杀伤或抑制。
此外蛋白质载药体系还可以作为肿瘤免疫治疗的重要手段,通过激活机体的免疫反应来达到治疗效果。
本文将展望蛋白质载药体系在未来的药物递送领域的发展趋势。
随着生物技术的不断进步,蛋白质载药体系的设计和制备方法将会更加精细化和个性化,以满足不同类型药物和疾病的需求。
同时蛋白质载药体系与其他新型药物递送系统的联合应用也将成为研究的重点,以实现更高效、安全的药物传递。
1. 蛋白质载药体系的定义和分类融合蛋白载药体系:将药物分子与一个已知功能的蛋白质结构域融合在一起,形成新的具有特定功能的药物载体。
这种方法通常需要对目标蛋白的结构进行深入研究,以便找到合适的结合位点。
聚合物载体载药体系:将药物分子与聚合物链共价结合,形成一种具有良好生物相容性和可溶性的新型载体。
聚合物载体可以根据其化学结构和性质进行多种组合,以满足不同的药物传递需求。
脂质体载药体系:将药物分子包裹在脂质体中,通过改变脂质体的组成和结构来提高药物的稳定性和生物利用度。
脂质体作为一种天然的细胞内膜系统,具有良好的生物相容性,因此在药物递送领域具有广泛的应用前景。
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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ZIF-8递送生物大分子的研究进展
李亚红;王剑;罗锋
【期刊名称】《中国材料进展》
【年(卷),期】2022(41)6
【摘要】类沸石咪唑酯骨架-8(zeolitic imidazolate framework-8,ZIF-8)是一种
由Zn^(2+)和2-甲基咪唑组成的新型金属有机骨架材料,它具有孔隙率高、比表面积大、化学和热稳定性好、表面性质可调及pH诱导生物降解性等优点,这些优点
赋予了ZIF-8多种功能,使其能广泛应用于气体吸附与分离、催化、药物传递等领域。
近年来,研究人员通过原位合成的方法使ZIF-8可包封蛋白质、酶、核酸等生
物大分子,生物大分子主要通过交联、键合与ZIF-8骨架结合,并包埋在ZIF-8晶体
内部或位于其表面。
ZIF-8作为运载体可递送蛋白质和酶以保持其生物学活性,提高其功能表现和稳定性;同时,ZIF-8亦可负载核酸药物使其在胞内表达用于基因治疗。
综述了这些方面的研究进展和应用,并对ZIF-8在相关生物医学领域的应用进行了
展望。
【总页数】8页(P458-465)
【作者】李亚红;王剑;罗锋
【作者单位】四川大学华西口腔医院
【正文语种】中文
【中图分类】R318.08
【相关文献】
1.金纳米粒在药物及生物大分子递送系统中的应用
2.生物大分子的硫酸化修饰及其生物活性的研究进展
3.树状大分子作为基因递送载体的研究进展
4.树状大分子作为基因递送载体的研究进展
5.神经酰胺脂质体对灵芝发酵液中大分子极性成分的经皮递送效果研究
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高分子药物载体的应用及研究趋势吴承尧, 权 静, 李树白, 朱利民*(东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620)摘 要:高分子材料越来越多的被应用于化工医药领域作为药物的载体,这一技术愈来愈受到研究者们的重视,并且得到了较好的发展。
介绍了近年来研究比较广泛的高分子药物载体的应用情况及研究态势,展望了生物活性药物载体的应用前景。
关键词:高分子药物载体;聚合物;生物活性中图分类号:R 914.2 文献标志码:A 文章编号:0367-6358(2009)09-0561-03T he A pplication and Current of the M olecular Drug CarriersW U Cheng -yao , Q UAN Jing , LI Shu -bai , ZH U Li -min *(Dong hua University ,Chemical Eng ineering and B iotechnolog y ,S hang hai 201620,China )A bstract :Polyme rs are used mo re and m ore in the bio technical as drug car riers .This method is focused by researchers ,and it has a successful developm ent .The article is introducing different kinds of m olecular drug car riers that used mo re often and their implicatio ns and current .The applications and prog ress of bioactive com ponents as carriers is previewed .Key words :mo lecular drug carrie rs ;po ly mer ;bioactivity收稿日期:2009-03-10作者简介:吴承尧(1986~),男,硕士生,从事高分子药物方面的课题研究工作,E -mail :w uchengyao1999@sina .com ,*通讯联系人,E -mail :lzhu @dhu .edu .cn 20世纪60年代化学家们提出了将高分子材料应用于生物药物领域[1],制备高分子药物成为改善药物的最有效的方法之一。
树状大分子作为药用载体的研究进展摘要树状大分子是一种三维球状结构的纳米聚合物。
其突出的特点为:分散指数窄、单分子在纳米尺度、分子结构完美和端基功能基团多。
树状大分子已在众多领域得到应用,其中用作药物载体的研究最为广泛。
树状大分子的众多端基可以连接不同的药物和靶向分子,也可以连接特殊的分子或分子链,使之具有特殊的性质。
本文综述了树状大分子的性质特点、合成方法、检测手段以及种类及其应用。
1.前言树状大分子是由Buhleier和Tomalia两个课题组首先合成出来的,相比于线性高聚物,其优点在于可精确控制分子结构及表面基团的数量[1-2]。
早期很少有人关注树状大分子的合成,而近十年研究人员发现树状大分子具有众多端基的性质在药物运载体系中有很大的应用价值,研究人员已经将不同的生物分子如药物、生物酶、疫苗和寡聚核苷酸等连接到树状大分子上并测定其性质。
树状大分子是一种完美树枝化的球状大分子,其表面可提供大量接载药物的基团。
其特点主要有三个:①中心核由一个原子或两个完全相同的化学功能基团组成;②支化部分由具有交叉点的结构单元从核开始呈放射状在空间中不断展开,其中每一层类似同心圆结构的重复结构单元称为―代‖;③树枝状结构的末端(表面)基团数量较多,对整个树状大分子的性质至关重要(Fig.1)。
2. 树状大分子的性质树状大分子在药物运载体系中具有很多性质,相比于传统的线性聚合物,展现出优良的理化性质。
2.1 单散性树状大分子是一种完美的无缺陷的结构,其单分散性不同于线性聚合物。
树状大分子的单分散性能够使研究人员控制合成分子的粒度大小[3]。
单分散性可通过质谱法、分子排阻色谱法、凝胶电泳法、透射电镜法测定。
由于树状大分子在每一步的合成中都要纯化,所以其分子分散性非常小。
质谱数据已经证实通过发散法合成的PAMAM树状大分子的单分散性非常小。
树状分子的桥连与原料乙二胺的残留影响PAMAM的单分散性。
2.2 纳米尺度和形状树状大分子独特的球状结构和可控粒度的性质使其在生物医学领域应用广泛。
因为其能穿过细胞膜且减少或延缓体内的消除。
高度可控的结构与粒度使树状大分子成为一种理想的载体。
其粒度随着代数的增加,从几个纳米增长到几十个纳米。
树状大分子的大小也类似于生物分子的粒度大小,如血红蛋白(5.5nm)与5.0G PAMAM 的树状大分子尺度相近[4]。
2.3 生物相容性树状大分子的生物相容性或体内毒性一般体现在分子外围的末端基团上。
树状大分子PAMAM和PPI末端氨基显示出浓度依赖性毒性和溶血性,然而末端为中性或阴离子基团是表现出相对较小的毒性和溶血性[5-6]。
阳离子型树状大分子的毒性形为表现为与表面带阴离子电荷的细胞膜相互作用后,会粘附在细胞膜上,导致细胞溶解。
将阳离子末端基团修饰成中性或阴离子基团可以降低体内外的毒性,甚至在体内外没有毒性。
如聚酯、聚醚和表面功能化的树状分子:聚乙二醇化的树状分子、糖化的树状分子[7]。
2.4树状大分子与膜的相互作用表面带正电荷的树状分子与表面带负电的生物膜作用后形成纳米小孔或使细胞溶解。
生物膜与活细胞膜是阐明这种作用机制所应用的两种模型[8]。
PAMAM 树状大分子对Caco-2 外周细胞的穿透性、完整性和存活率影响可通过甘露醇渗透、跨上皮电阻和乳酸脱氢酶泄漏进行测定。
树状大分子的浓度和代数及细胞培养时间的增加,会相应比例的增加乳酸脱氢酶泄漏[9]。
3. 树状大分子的结构树状大分子的合成每一步都需要精确控制,得到的是单分散、球状结构的大分子。
这种球状大分子表面有很多容易修饰的基团[10](Fig.2)。
近年来,已经合成出多种树状大分子用作药物的载体。
如PAMAM、PPI、poly-L-lysine、triazine、melamine、PEG、carbohydrate-based citric acid、poly(glycerol-co-succinic acid)、poly(glycerol) 和poly[2.2-bis(hydroxymethyl)propionic acid][10-12](Fig.3)。
4.树状大分子的合成树状大分子是一个对称的高度支化的实心状球状结构的化合物(PAMAM 从1G 到8G 直径从1.1nm 增长到9nm )[13]。
发散法和集中法是合成树状大分子最常用的两种方法。
此外‗hypercores‘ 、 ‗branched monomers‘ 增长, ‗double exponential‘ 增长, ‗lego‘ chemistry 和 ‗click‘ chemistry 等也有报道。
5. 树状大分子的类型随着合成方法和表征技术的发展,得到了具有纳米尺寸和较多功能末端基团的新型树状大分子[14]。
具有不同末端基的树状大分子见Fig.3。
5.1 聚酰胺-胺型树状大分子聚酰胺-胺型(PAMAM)树枝状大分子是由Tomalia用发散法合成的并引起了广泛的关注。
PAMAM的分散指数从5.0G-10.0G都小于1.08,每一代都很均一。
PAMAM是以乙二胺为核基元,与丙烯酸甲酯通过Michael加成反应生成四元酯,然后与过量乙二胺发生氨解生成四元酰胺化合物,此为 1.0G,重复以上步骤可得不同代数。
5.2 聚丙烯亚胺树状大分子聚丙烯亚胺(PPI)是由发散法合成的末端基为胺基的树状大分子。
分子中只有伯胺和叔胺,叔胺的pK a在6-9,伯胺pK a在10。
聚丙烯亚胺(PPI)树状大分子是以氨或二胺为中心核,以丙烯腈为重复单元,交替重复进行Michael加成反应和多元腈的加氢还原反应,获得树枝结构的增长。
5.3液晶树状大分子树状大分子聚有低粘度、低熔点、优良的溶解性等独特的性能,而且其分子体积、形状和功能基团可在分子水平上精确控制,对树枝状大分子表面进行修饰,接上液晶基元合成树状液晶大分子,由于液晶相的形成,使得高分子的性能发生变化,某些性能显著提高,具有小分子液晶,高分子材料及液晶发色团的综合性能。
Percec发现了首例向列相超支化热致液晶。
该反应是在相转移催化剂的作用下,由AB2型单体10-溴-1-(4-羟基-4ˊ-联苯)-2-(4—羟基)癸烷聚合而成,羟端基用1-溴己烷或1-溴辛烷烷基化成聚醚。
其它树状液晶大分子如:碳硅烷树状液晶、聚酯/聚醚类等。
5.4核壳型树状大分子核壳型树状大分子是结构上高度有序以共价键结合的基础性结构[15,16]。
Scott H. Medina等[17]以N-乙酰半乳糖胺( NAcGal) 修饰PAMAM树状大分子作为肝癌靶向药物载体,报道了通过多肽和硫脲将靶向药物结合到N-乙酰半乳糖胺修饰 5.0代PAMAM树状大分子载体上,以便将化疗药物靶向运载到肝癌细胞YuanYue等[18]合成和表征了5.0代PAMAM树状分子包裹柔毛霉素用于靶向治疗癌细胞,首先对G5PAMAM树枝状高分子局部乙酰化,局部乙酰化有助于中和聚合物表面电荷,防止非特异性反应,同时增加了PAMAM溶解性,然后剩下的胺基将被用于附着靶向药物,如柔毛霉素等Zhang等[19]将PAMAM树枝状分子制备的中空纤维膜( HFM) 以逐步反应的方式组成了聚( 2,6-二甲基-1,4-亚苯基氧化物)( BPPO) ,使用水杨酸钠,氨甲喋呤,刚果红为模型药物,对PAMAM树状分子HFM的载药效率与释放药物的性能进行了评估结果表明,PAMAM树枝状分子制备的中空纤维膜可以有效地载入各种药物和延长药物的释放。
5.5 手性树状大分子构建手性树状大分子的基元单位、分支基团以及末端树状结构都可以是手性的,且手性的程度各有不同。
只是手性的分布部位不同,有的只分布在核上,有的只分布在分支基团上,也有只分布于末端基团上。
手性大分子已经在不对称催化和手性分子的识别上得到了应用。
5.6 肽类树状大分子肽类树状大分子可以分为三类:①肽单元接枝在树状大分子的表面;②完全由氨基酸组成的肽树状大分子;③树状分子中有非氨基酸支化单元;发散法和集中法是合成肽类树状大分子常用的方法。
肽类树状大分子可以用作表面活性剂、蛋白类似物及药物和基因的运输载体。
Darbe和Reymond还将其用作酯酶催化剂[20]。
5.7 糖类树状大分子糖类树状大分子是包含葡萄糖、甘露糖、半乳糖或二糖结构的树状大分子,大多数糖基都是结合在树状分子表面,也有一些糖单元在核中心。
一般糖类树状大分子分为三类:①糖单元接枝在树状大分子的表面;②糖单元在树状大分子的中心;③糖单元包含在树状大分子内;5.8杂化树状大分子杂化树状大分子是树状分子和线性高分子经嵌段或接枝所形成的,不同的树状分子与不同高分子形成质密、刚性、均一的球状杂化树状大分子,并已应用于药物运载体系的各个方面[21]。
6.树状大分子的表征树状大分子是一种纳米尺度的多功能载体,经一步一步精确控制合成出来的,其表征尤为关键[22]。
树状大分子的代数、表面不同的端基、表面修饰的不同功能基团都需要用不同的仪器分离并鉴定。
如高效液相、超高效液相、核磁共振、紫外-可见波谱、X 射线衍射、化学滴定、红外光谱、原子力显微镜、扫描电镜、X 射线电子光谱、透射电镜、飞行质谱、电喷雾质谱、分子排阻色谱、气相渗透法等[23-27]。
7. 树状大分子在生物医学领域中的应用由于树状大分子的单分散性、纳米尺度、可穿透生物膜以及具有包裹客分子的空腔(Fig.4),故在生物医学领域应用广泛。
7.1树状大分子具有局部杀菌的作用,聚赖氨酸树状大分子具有抑制单纯性疱疹病毒的作用,由Starpharma Pty Ltd 开发的SPL7013 Gel 可以防止HIVT 和HSV 感染[28]。
基于聚羧乙烯的水凝胶树状分子是以二苯甲胺为核,前四代以赖氨酸为枝,最外层包裹二磺酸萘基,表而具有很的电负性的树状大分子[29]。
7.2 树状大分子改善药物的溶解性药物的溶解性是限制药物制剂安全、有效、稳定应用的因素之一。
树状大分子已经应用于改善抗肿瘤药、抗疟疾药、抗病毒药、抗高血压药等的溶解性。
影响其改善溶解性效果的因素有:树状大分子的代数、浓度、ph值、核材料、支化单元、表面基团及温度。
离子作用、疏水作用及氢键是增强溶解性的主要机制。
树状分子可以通过改变核、支化单元及用亲水组份修饰表面功能基团来改善溶解性[30]。
7.3 树状大分子用于经皮给药体系研究经皮给药体系主要集中在两个方面:①改善疏水组份或疏水性药物难以透过生物膜的缺点;②使用水溶性和生物相容性好的载体材料;树状大分子在经皮给药体系中可以有效改善药代动力学参数。
Cheng 对PAMAM树状大分子运载NSAIDs 研究后,认为此体系可作为治疗小病痛的有效方法[31]。
7.4 树状大分子用于口腔给药体系口腔给药途径对于患者较为方便,给药成本也较低,对于慢性病患者尤为方便。