红细胞-纳米载体递药系统研究进展.pdf

综 述 基金项目:国家自然科学基金项目(.)作者简介:苏艳慧女硕士生研究方向:药剂学:.通信作者:郑春丽女博士副教授硕士生导师研究方向:药剂学:.红细胞纳米载体递药系统研究进展苏艳慧张文丽沈雁郑春丽(中国药科大学药剂系江苏 南京)摘要:脂质体、聚合物纳米粒、聚合物胶束等纳米载体是近年来药物递送的研究热点但其给药后易被人体免疫系统识别和清除 细胞搭载技术能延长纳米载体在体内的循环红细胞作为内源性细胞具有来源丰富、高生物相容性和生物消除机制安全等优点从而推动了红细胞纳米载体递药系统的发展 基于此本文综述了红细胞纳米载体递药系统的研究进展总结了基于红细胞与纳米载体的构建方式不同的几种红细胞纳米载体递药系统的研究进展关键词:红细胞纳米载体红细胞膜递药系统中图分类号:文献标志码:文章编号:():./.():.:近年来通过包封或吸附将药物整合于纳米合成材料中的纳米诊疗载体具有提高药物体内稳定性、延长药物作用时间、降低药物给药剂量、降低毒副反应、靶向递送药物等作用 目前为止已经有多种纳米载体如脂质体、聚合物纳米粒、聚合物胶束、脂质纳米粒等被研究用于负载药物从而实现不同疾病的治疗与诊断 但是当其通过静脉注射进入体内后会迅速被体内网状内皮系统()识别、捕获和吞噬从而导致其在肝、脾等组织中的蓄积并最终从血液中被清除极大地降低了药物在靶组织的药量从而影响了药物的治疗效果 目前已经研究出多种方法降低 对纳米载体的清除作用最常见的策略是采用亲水性聚合物高分子材料聚乙二醇()表面修饰以延长纳米载体在体内的循环时间解决纳米载体在体内的生物相容性问题 然而长期反复注射 修饰纳米载体会在体内产生特异性抗体从而激活人体补体系统反而增强了肝脏库普弗细胞对纳米载体的吞噬作用最终会加速纳米载体在机体的清除 这种缺陷药学研究 .极大地限制了合成纳米载体在临床上的应用因此探索一种低免疫原性的新型药物递送系统具有重要的研究价值研究表明红细胞膜表面分布的一种跨膜蛋白 可与单核巨噬细胞表面信号调节蛋白()受体结合产生抑制信号从而使其避免被 吞噬清除因此将红细胞与纳米载体相结合能够降低纳米载体的血浆蛋白结合率、降低 的清除作用从而延长其在体内的循环时间 且与合成纳米载体相比红细胞具有易获得性、生物相容性好、循环周期长、体积与比表面积大与生物消除机制安全等优点将红细胞与纳米载体相结合构建红细胞纳米载体递药系统不仅能够延长纳米载体的体内循环时间还可提高纳米载体的靶向性提高药物的生物利用度因此具有良好的应用前景 根据红细胞与纳米载体的构建方式不同可以分为以下 种方式:红细胞包埋纳米载体、红细胞表面结合纳米载体与红细胞膜包被纳米载体 本文主要就这 种构建方式介绍红细胞纳米载体递药系统的最新研究进展 红细胞包埋纳米载体递药系统红细胞包埋纳米载体递药系统是指将纳米载体封装入红细胞内使纳米载体与体循环血液环境基本隔绝因此能够保护纳米载体不被 清除从而延长纳米载体的循环时间 将纳米载体包埋入红细胞内必须要穿过细胞膜 因此在不破坏细胞膜的情况下将其装载到红细胞中是制备的关键环节主要通过低渗预膨胀的方法实现 低渗预膨胀法是将红细胞置于相对低渗的溶液环境中使红细胞发生膨胀打开红细胞膜的紧密连接在红细胞膜表面出现 的瞬时孔洞此时向溶液环境中加入纳米载体纳米载体通过孔洞进入红细胞后再将溶液环境恢复为等渗状态红细胞即恢复到正常状态细胞膜表面的孔洞关闭纳米载体被截留封装进红细胞内 这种方法通常将粒径较小的纳米载体如磁性无机纳米粒封装入红细胞用于药物递送与体内成像等 缪婉琳采用低渗透预膨胀方法将磁性纳米粒 与化疗药物盐酸阿霉素封装入红细胞中构建一种磁响应性红细胞递药系统 将其回输到小鼠体内后通过外磁场的作用可将回输的红细胞载药体系聚集到肿瘤部位 与游离阿霉素相比红细胞递药系统在抑制肿瘤生长、降低药物剂量与药物副作用等方面具有显著优势 等将经美国 批准上市的血管造影剂磁性纳米粒 包埋在红细胞内小鼠药代动力学与核磁共振成像实验结果显示红细胞包埋 的新型示踪剂能够显著延长其在血液中的循环时间并增强了在器官和脑血管的显像能力 等将负载抗癫痫药物丙戊酸钠的壳聚糖纳米凝胶包埋入红细胞内构建红细胞纳米载体递药递药系统实验结果显示该递药递药系统能够延缓药物释放从而达到延长药物作用时间的目的(见图)然而通过低渗预膨胀的方法只能用于包封粒径较小的纳米载体对于粒径较大的纳米载体并不适用 除此之外通过电穿孔法、化学包埋法等其他包埋方法会对红细胞造成更大的损伤降低红细胞的生物相容性图 红细胞包埋纳米载体递药系统示意图 红细胞表面结合纳米载体递药系统早期对红细胞的研究多集中在将纳米载体包埋入红细胞内部忽略了对红细胞膜的利用 红细胞表面积高达 为纳米载体的表面结合提供了充足的空间而且将纳米载体结合在红细胞膜表面不需要在红细胞膜表面打孔一定程度上降低了对红细胞结构和功能的损伤 红细胞表面结合纳米载体的方式分为特异性结合与非特异性吸附两种方式.红细胞与纳米载体的特异性结合红细胞表面含有各种丰富的多糖、氨基酸残基与抗原使其能够与纳米载体通过化学共价键结合或配体受体特异性结合.化学共价键介导的特异性结合红细胞膜表面含有大量硫醇基团可将其生物素功能化从而与亲和素修饰的纳米载体偶联与红细胞之间形成一种稳定的特异性结合作用 等制备了一种表面涂覆光敏剂二氢卟吩()与 的氧化铁磁性纳米粒并进一步通过生物素亲和素偶联作用将其结合到载有化疗药物的红细胞表面构建了载药红细胞磁性纳米粒 磁响应药物递送系统()(见图)体内成像结果表明 可显著延药学研究 .长纳米载体在体内的循环时间当在肿瘤部位外加磁场可实现纳米载体在肿瘤部位的靶向富集 体内药效结果进一步显示载有化疗药物的红细胞与磁靶向的联合治疗能够以较低药物剂量达到抗肿瘤效果且具有显著的协同效果图 化学共价键介导的红细胞与纳米载体特异性结合示意图.配体受体介导的特异性结合 红细胞与纳米载体特异性结合的另一种方式是配体受体介导的特异性结合 近年来通过噬菌体展示技术筛选了大型随机肽库已发现多种与红细胞表面受体特异性结合的肽段配体有助于纳米载体与红细胞的配体受体偶联结合 经与红细胞表面蛋白特异性结合的亲和配体(抗体、多肽片段等)修饰的纳米载体具有较高的红细胞表面结合率 血型糖蛋白()是红细胞膜表面的一种具有受体功能的唾液酸糖蛋白具有很高的亲和力与特异性可用作配体结合的靶位点 等研究发现在载牛血清白蛋白的纳米粒表面修饰了对 具有高亲和性的 位氨基酸多()可使纳米粒通过配体受体特异性结合作用黏附在红细胞表面延长载药纳米粒在体内的循环时间(见图)配体受体介导的红细胞与纳米载体的特异性结合方式相对于共价连接的方式对红细胞的损伤较小 但也有缺点比如纳米载体吸附过多会影响红细胞表面跨膜蛋白导致其易被单核巨噬细胞吞噬红细胞的体内循环寿命降低 此外由于体内多种细胞的表面有相同或相似受体使纳米载体可能与体内其他非特异性细胞结合影响药物的体内递送.红细胞与纳米载体的非特异性吸附相比与红细胞与纳米载体特异性结合红细胞与纳米载体结合的最简单的方法是将纳米载体非特异性物理吸附到红细胞表面这种非特异性吸附又称“红细胞搭便车”技术()图 配体受体介导的红细胞与纳米载体特异性结合示意图红细胞的质膜表面存在能与疏水纳米载体结合的相对疏水的结构域这些疏水相互作用能使带正电荷和负电荷的疏水纳米粒均能与红细胞表面结合 红细胞膜中含有的羧酸、唾液酸和磷酸等带有负电性的基团使其表面带有负电荷有利于带正电荷纳米载体的吸附 等考察了表面带有不同电荷的粒径不同的磁性纳米粒的红细胞吸附效率与小鼠体内循环时间结果显示带正电荷的疏水性磁性纳米粒红细胞表面吸附效率较高且能在血液循环中保留较长时间 纳米载体可通过范德华力、静电吸附力、疏水相互作用、氢键等驱动力吸附在红细胞表面这种非特异性吸附作用是可逆的能够改变纳米载体的体内行为.延长体内循环时间正常红细胞的在体内的寿命约为 其体内循环时间远高于纳米载体而将纳米载体以非特异性吸附的方式附着在红细胞表面可以避免 的巨噬细胞吞噬和清除作用从而延长纳米载体在体内的循环时间 有研究表明游离纳米载体在大鼠血液循环中的保留了 而 的纳米载体在血液环境中保留了 等将负载维生素 的阳离子壳聚糖纳米粒与红细胞共同孵育制备了红细胞表面吸附壳聚糖纳米粒并对其进行药动学分析结果显示与纳米粒和游离药物相比负载维生素 壳聚糖纳米粒的红细胞递药系统具有较好的缓释作用并可实现体内长循环效果.改变纳米载体生物分布除了降低 的清除作用、延长纳米载体的循环时间外 还改变了纳米载体在生物体内的分布情况表现为 能够增加纳米颗粒的肺部蓄积同时降低肝脏和脾脏的摄取和清除作用 等将羧化聚苯乙烯纳米粒吸附到红细胞表面然后通过静脉注射入小鼠体内结果显示与游离纳米粒相比红细胞表面吸附纳米粒在肺部蓄积高达 倍 等采用“红细胞搭便车”技术将载有阿霉素的 纳米粒递送至肺部以治疗肺转移黑色素瘤 与游离纳米粒相比 纳米药学研究 .颗粒的肺组织药物蓄积达到的 倍以上从而提高肺部治疗药物剂量显著抑制肺转移瘤进展改善肺癌的预后 可以与传统的抗体靶向相结合通过协同作用提高药物在肺部的蓄积 等结合“红细胞搭便车”技术纳米粒棒状结构和抗体靶向相结合构建 递送药物并探究其对于肺部炎症模型的协同作用 由于在肺部炎症模型肺组织内皮细胞高表达 利用 单克隆抗体对纳米粒进行表面修饰 将 单克隆抗体表面修饰棒状结构与“红细胞搭便车”技术的纳米粒单独及联合应用进行对比考察纳米粒的炎症肺部的蓄积作用(见图)结果显示这 个方面的联合应用可以有效降低纳米粒在肝、脾中的浓度同时显著增加了纳米粒在肺部的有效蓄积 等研究发现 除了将纳米载体靶向递送至肺组织外还可通过改变 注射部位将纳米载体选择性优先递送至注射部位下游的器官当将 注射入颈内动脉、肾动脉或颈总动脉时、表面搭载的纳米载体分别靶向递送至脑、肾或面部为利用 将表面搭载纳米载体进行不同器官的靶向递送提供了新的可能并将其扩展于其他临床应用 这种改变纳米载体生物分布的机制是由于体内 流经下游器官致密毛细血管网络时由于毛细血管直径远小于红细胞直径因此红细胞表面吸附纳米粒在流经狭窄毛细血管高剪切应力环境时纳米粒从红细胞表面可逆脱落并转移至下游器官中 搭载在红细胞表面的纳米载体的大小和形状可能会影响它们在体内的药代动力学和生物分布研究发现粒径较大的带正电荷疏水性纳米载体在红细胞表面吸附效率较高且能在体内循环时间较长且与球形纳米粒相比杆状颗粒在肝脏和脾脏中的分布较少在肺部的分布较多 此外通过增加非特异性吸附在红细胞上纳米载体的数量使载体红细胞质膜更坚硬和诱导瞬时膜损伤这两种效应会导致产生肺部剪切诱导的纳米载体分离的抵抗力使脾脏中纳米载体与免疫细胞之间的相互作用增加最终导致纳米载递送到脾脏而不是肺部 红细胞膜包被纳米载体红细胞膜包被纳米载体是将纳米粒内核和红细胞膜结合能够提高纳米载体稳定性、延长纳米载体在血液中循环时间以及实现药物缓控释放是一种已进入临床研究的极具发展前景的新型药物载体(总结如表 所示)红细胞膜包被纳米载体的制图 “红细胞搭便车”的作用示意图备通常包括两个部分:红细胞衍生囊泡的提取与囊泡纳米载体融合 红细胞衍生囊泡一般通过低渗透析挤压法获得首先将红细胞置于低渗环境下使红细胞膜孔打开释出内容物得到的红细胞膜经纳米膜挤压得到红细胞衍生囊泡然后通过机械挤出将纳米载体与囊泡进行融合 自 年 等首次设计了红细胞膜包被 纳米粒用于开发长循环纳米递药系统 与传统的 修饰 纳米粒.的半衰期相比红细胞膜包被纳米粒的半衰期长达.然而红细胞膜包被纳米载体缺乏主动靶向能力限制了其在临床的应用基于此人们提出了将靶向配体与红细胞膜相结合的脂质插入策略 等设计了嵌入肿瘤穿透肽 的红细胞膜包被负载紫杉醇的杂化聚合物纳米粒核心的递药系统()与游离纳米粒相比血液循环半衰期延长了.倍 此外由于 提高了肿瘤穿透能力可显著抑制 以上的肿瘤生长并抑制 的肺转移 然而负载在红细胞膜包被的纳米载体中的药物释放过程通常是不受控的、基于自由扩散的机制释放 因此将药物可控释放与长循环相结合是精准给药的关键因素 针对这一问题提出了刺激响应性红细胞膜包被纳米载体以实现精准的药物递送与释放 等制备了由活性氧响应性的紫杉醇二聚体前药()与光敏剂(四苯基氯)组成的聚合物纳米粒并通过进一步红细胞膜包被获得红细胞膜包被纳米颗粒 该纳米颗粒在 激光药学研究 .照射下 可以产生 并触发 裂解破坏了红细胞膜促进 在肿瘤组织内的快速释放 体内实验结果证实红细胞膜表面涂层可延长纳米颗粒在血液环境中的循环时间改善肿瘤药物蓄积 红细胞膜包被纳米载体已被广泛研究用于多种应用包括药物递送、成像、光疗、纳米疫苗和纳米解毒剂等并在癌症、细菌感染、心血管疾病、自身免疫性疾病等方面均具有极大的应用潜力表 红细胞膜包被纳米载体临床应用研究红细胞膜包被纳米载体负载药物疾病模型治疗效果 胶质瘤载药量高主动靶向肿瘤部位提高了抗胶质瘤的有效性 替拉扎明和吲哚菁绿乳腺肿瘤靶向肿瘤细胞在 波长激光照射下肿瘤组织产生大量 实现光动力/化疗的结合以有效抑制肿瘤细胞生长两性霉素 白色念珠菌肺部感染与病原体真菌的相互作用中和其分泌的血液毒素提升疗效延长循环时间富勒烯醇颈动脉血栓延长了富勒烯醇循环半衰期提高了生物相容性具有良好的快速溶栓作用 自身免疫性溶血性贫血通过内源性红细胞膜表面同源抗体靶向自身免疫性 细胞 结语红细胞作为新型药物递送载体具有生物相容性好、免疫原性低、循环时间长等特性在药物递送方面有着较为广阔的发展前景 将红细胞与纳米载体相结合可以克服纳米载体在体内被 系统迅速清除的局限性在延长药物在体内的循环时间、提高药物稳定性与靶向性等方面与其他传统药物载体相比具有明显优势 但也存在若干不足如红细胞包埋纳米载体仅用于包载粒径较小的磁性纳米粒或其他无机纳米载体且需要穿透红细胞膜容易导致细胞破裂对红细胞的损伤较大 将纳米载体通过共价或配体受体介导结合到红细胞表面相对于包埋对红细胞的损伤较小而直接与红细胞结合的方法仍可能导致红细胞膜受损从而使递药系统在体内快速清除 纳米载体在红细胞上的非特异性物理吸附被是对红细胞生物活性影响最小的表面结合方法并且在纳米载体从红细胞表面解吸后对红细胞结构的影响也很小是一种极具有应用前景的新型靶向药物递送系统 红细胞膜包被纳米载体能够实现药物的靶向递送与刺激响应性释放然而在红细胞膜提取或与纳米颗粒融合过程中可能发生膜锚定片段的构象变化导致其免疫原性增强激活体内免疫应答 红细胞纳米载体递药系统仍处于初步研究阶段仍存在一些问题有待深入研究:红细胞来源于生物体在提取、载药和储存过程中如何控制污染减少对红细胞的损伤仍是亟待解决的问题目前研究仍局限于小动物水平还有待于大动物的实验对其体内性能进行验证在人体临床应用时需系统分析红细胞表型选择与机体匹配的红细胞进行制备 随着对红细胞纳米载体递药系统研究的不断深入这种新型递药系统的临床应用前景会更加广阔参考文献:.():.:.():.:.():.():.():.:.():.药学研究 .():.():.():.():.:.():.():.():.:.():.:.():.():.缪婉琳.鼠源红细胞装载阿霉素与磁性纳米颗粒用于靶向治疗肿瘤的研究.南京:东南大学.()():.:.()():.:.():.():.():.():.():.:.():.():.():.():.():.():.().():.():.():.(下转第 页)药学研究 .材品质的影响.中药材():.罗文敏张家春刘燕等.多指标综合评价法优选黔产太子参最佳初加工方法.中药材():.强静房克慧刘训红等.太子参多糖含量分析及其动态研究.时珍国医国药():.肖承鸿徐荣周涛等.基于波长切换技术的太子参 指纹图谱研究.中药材():.华愉教谢芳周少丹等.基于 /技术分析不同剂型太子参的差异化学成分.天然产物研究与开发():.侯娅马阳邹立思等.基于 /技术分析不同产地太子参的差异化学成分.质谱学报():.白少伟.基于指纹图谱太子参成分的研究.福州:福建中医药大学.王欣美王柯.太子参氨基酸类成分的柱前衍生指纹图谱分析.中国卫生检验杂志():.李文龙陈军辉韩超等.太子参中环肽 含量 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