基于生物礦化的納米載藥體系

肖 云 唐?？?/p>

基于生物礦化的納米載藥體系

肖 云1，3唐?？担?，2

（1浙江大學化學系，生物物質(zhì)與信息調(diào)控中心，杭州 310027）
（2浙江大學求是高等研究院，杭州 310027）
（3浙江大學轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究院，杭州 310027）

基于生物礦化的納米載藥體系具有制備簡單、良好的生物相容性和控制藥物釋放的能力、易被修飾且具備多功能性和靶向性等優(yōu)點,在臨床中擁有巨大的應用前景。本文系統(tǒng)闡述了基于生物礦化的納米載體的構(gòu)建原理和分類,重點介紹了它們的靶向性策略和刺激響應釋放策略,并展望了其在臨床治療中的應用。

生物礦化；納米；載藥體系；磷酸鈣

0 引 言

近年來,一系列新型藥物進入市場,它們在表現(xiàn)出優(yōu)異治療功能的同時,也凸顯出在臨床應用中不可忽視的缺點,例如蛋白和多肽類藥物在生理環(huán)境中較短的體內(nèi)半衰期,阿霉素、順鉑等小分子藥物對于健康細胞和組織具有嚴重的毒副作用［1]。為了能夠?qū)崿F(xiàn)藥物有效合理的臨床應用,新型載藥體系成為了研究的重點。納米藥物載體是指納米材料通過與藥物分子結(jié)合,改變藥物進入機體的方式和體內(nèi)的分布、控制藥物的釋放速度進而將藥物輸送到靶向器官的藥物投遞系統(tǒng)［2-4]。但是大部分納米載藥體系仍然未在臨床實踐中取得成功,原因在于材料的生物相容性欠佳、生理不穩(wěn)定性和靶向性較差。

生物礦化是指生物體在有機機制的調(diào)控下形成礦物的過程［5-7]。自然界中,生物體自發(fā)進行礦化作用,形成各種有機-無機納米復合材料,諸如貝殼、珍珠、蛋殼、硅藻、牙齒、骨骼等生物礦物材料,它們有著近乎完美的結(jié)構(gòu)組織和優(yōu)異的生物性能［8-9]。與人工合成的納米材料相比,這些生物合成的納米礦物具有天然的生物相容性和穩(wěn)定性；同時,納米生物礦物在生命體內(nèi)不會被輕易視為外源性的物質(zhì),可以避免嚴重免疫反應以及免疫系統(tǒng)的快速清除,因此,在藥物負載、傳輸和可控釋放領(lǐng)域有巨大的應用前景。本文概述了基于生物礦化的納米載藥體系的構(gòu)建和功能化策略,并展望了該載藥體系的在臨床疾病治療中的潛力。

1 基于生物礦化的載體構(gòu)建策略

1.1 構(gòu)建原理

生物礦化的顯著特點是通過有機大分子和無機物離子在界面處的相互作用,從分子水平到宏觀水平上實現(xiàn)對晶體取向、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀、晶型與排列的精確組裝和控制,進而形成復雜的分級雜化體結(jié)構(gòu)［5，9]。 生物礦化主要分為 4 個過程:首先,有機大分子（蛋白質(zhì)、多糖、核酸、生物膜、脂質(zhì)體等）預組裝形成有序的反應環(huán)境,該環(huán)境決定了無機物成核的位置；其次,有機-無機界面的分子相互識別控制晶體成核和生長,主要是通過有機基質(zhì)分子在界面處的晶格幾何特征、靜電作用、極性、立體化學互補及氫鍵相互作用、空間對稱性和形貌等方面影響和控制無機物的成核的位點、結(jié)晶物相、晶形、取向及形貌等；然后,有機基質(zhì)分子繼續(xù)調(diào)控晶體生長,通過時間及空間上的調(diào)控使無機晶體有序組裝形成亞單元；最后,礦化亞單元進一步組裝形成具有多級結(jié)構(gòu)的生物硬組織材料。

1.2 基于生物礦化的藥物載體

1.2.1 磷酸鈣

作為生物硬組織最重要的組成部分［10-11],磷酸鈣材料具有良好的生物相容性和生物可降解性,因而在藥物輸送領(lǐng)域具有廣闊的應用前景［12-13]。磷酸鈣納米材料作為藥物載體具有諸多優(yōu)勢,首先其作為人體的重要組成成分,具有安全無毒的特點；其次,多數(shù)病灶部位處于酸性環(huán)境條件下,磷酸鈣具有極強的pH敏感性,在酸性環(huán)境下極易降解,從而將所攜帶的藥物釋放到靶向部位,提高藥物的利用率,增強治療效果,減輕病人痛苦；另外,磷酸鈣降解產(chǎn)物Ca2+和PO43-在體內(nèi)均普遍存在,因此具有較低的免疫原性［14]。 He 等［15]利用吐溫 Tween80 和聚乙二醇PEG6000為添加劑制備得到穩(wěn)定的納米尺寸的囊泡,洗滌后得到空心納米磷酸鈣顆粒。該方法合成的磷酸鈣為無定型磷酸鈣 （ACP），對比結(jié)晶型磷酸鈣 （HAP），該方法合成的空心顆粒在載藥性能和藥物釋放性能方面都有很大優(yōu)勢。Yu等［16]利用Ca（OH）2為模板在室溫或水熱環(huán)境下成功制備了HAP納米棒組裝的多孔多面體,并使用布洛芬（IBU）和血紅蛋白（Hb）作為模型來研究該HAP多面體的載藥性能。實驗結(jié)果表明,HAP多面體具有很好的藥物/蛋白質(zhì)負載能力和釋放能力,在藥物和蛋白質(zhì)遞送中有良好的應用前景。

1.2.2 碳酸鈣

碳酸鈣是自然界中含量最高的生物礦物,其礦物主要存在于海洋生物和鳥類中,作為外殼和骨髓起保護支持作用［17-19]。碳酸鈣作為藥物控釋載體,具有諸多優(yōu)點。碳酸鈣不僅制備處理過程簡單,對環(huán)境無污染,同時還具有良好的生物相容性及生物可降解性；對人體無毒副作用,容易排出體外。更重要的是,碳酸鈣具有pH敏感性,可以通過癌細胞內(nèi)部的溶酶體或癌細胞外部的弱酸性微環(huán)境而觸發(fā)藥物釋放［20-21]。上述優(yōu)點使得碳酸鈣成為較理想的藥物載體。Wei等［20]先通過一步法合成碳酸鈣納米球,并利用原位的對稱破裂以可溶性淀粉為模板將納米顆粒自組裝形成碳酸鈣中空微球。該微球能夠有效加載阿霉素（DOX）,且在血液中保持穩(wěn)定,細胞實驗發(fā)現(xiàn)藥物能夠在核周圍聚集然后進入細胞核內(nèi)從而增強細胞毒性,達到抗癌效果。

1.2.3 氧化鐵

生物鐵氧化物分布廣泛,且在生物體內(nèi)起著多種作用,包括催化和磁性介質(zhì)等［22-23]。氧化鐵納米粒子作為被廣泛研究的納米藥物載體,具有耐腐蝕,成本低廉,制備簡單,環(huán)境友好等特點,尤其是它的生物可降解性使氧化鐵納米粒子在納米藥物領(lǐng)域得到充分的發(fā)展［24-25]。氧化鐵納米粒子主要包括α-Fe2O3,γ-Fe2O3和Fe3O4,雖然它們合成的原料都基本一樣,但是根據(jù)合成方法的不同,它們在大小、形態(tài)和磁性能上均有差異,這就為氧化鐵納米粒子在藥物載體體系中提供更廣闊的平臺。Cheng等［26]制備了孔徑為2～4 nm的中空 Fe3O4納米粒子,該孔徑有利于藥物擴散到中空結(jié)構(gòu)中。在低pH值（＜6）條件下,空隙在酸刻蝕下孔隙加寬、藥物釋放。Quinto等［27]在14 nm氧化鐵納米顆粒表面包覆磷脂-聚乙二醇（PEG）得到超順磁納米顆粒,通過親疏水和靜電相互作用可以實現(xiàn)藥物高效負載,并控制PEG的分子長度改變藥物在載體上的負載量。

1.2.4 硅礦物

硅礦物是除含鈣礦物以外,豐度最高的生物礦物。它們廣泛分布在水生生物和植物中,起到提供機械強度與支撐、抵抗病原菌和耐熱保水等作用。硅納米藥物載體被公認為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ膸追N納米藥物載體之一［28]。硅納米材料生物毒性低,具有良好的生物相容性,且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,易官能化［29]。特別是介孔硅納米材料其較大的孔穴體積,十分有利于藥物負載［30]。此外,硅納米材料表面的親水性使得它更利于被細胞內(nèi)化；合成過程簡便、成本低,可以滿足日后臨床和商業(yè)化的要求［31]。

Liu等［32]設計了一種光控的二氧化硅納米籠體系,即在介孔二氧化硅上包覆光致變色螺吡喃,疏水性藥物可以通過紅外照射引發(fā)的螺吡喃分子的親疏水性轉(zhuǎn)換,進而控制藥物的負載與釋放。此外,光照可以激發(fā)姜黃素生成活性氧（ROS）,從而進一步提高治療效率。Minko等［33]使用二氧化硅納米顆粒同時將DOX和Bcl-2 siRNA（Bcl-2蛋白是引發(fā)細胞抗藥性的決定性因素）傳遞到具有抗藥性的癌細胞中,使DOX抑癌細胞效果增強。

2 靶向性策略

2.1 被動靶向性

藥物載體的被動靶向主要是基于腫瘤的EPR（Enhanced permeability and retention）效應,即腫瘤組織內(nèi)部増強的通透性和滯留效應［34-35]。這是由于與正常組織中的血管相比,實體瘤腫瘤部位的血管豐富,結(jié)構(gòu)完整性較差,血管壁間隙較寬（大約100～800 nm）,因此粒徑合適的載藥納米顆粒會通過新生血管選擇性的累積在腫瘤組織。當納米載體的尺寸過大 （＞200 nm）時,易于被體內(nèi)的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）所捕獲而作為異物排出體外,導致粒子在血液中的循環(huán)時間短,累積在腫瘤組織處的量減少,不利于納米粒子在腫瘤部位的富集。因此,當納米粒子的尺寸在30～200 nm時,納米載體通過EPR效應遞送到腫瘤組織的效率最高,是設計抗腫瘤藥物載體的最佳尺寸。

圖1 （a～c）50、100和200 nm礦化順鉑顆粒的電鏡照片;（d）不同尺寸粒子相對熒光強度隨時間的變化;（e）不同注射時間血液循環(huán)中的Pt的百分含量;（f）不同尺寸粒子的抑制腫瘤效果［39]Fig.1 （a～c）Transmission electron microscopy （TEM）of the particles （from left to right:50，100 and 200 nm），inset，high resolution images （bar=100 nm）;（d）Relative geometrical mean fluorescence intensity （GMFI）increases with time;（e）Variation of percentage Pt dose in blood following the administration;（f）Growth curves of A549 tumors treated by cisplatin and different biomineralized cisplatin［39]

但是,生理環(huán)境下由于納米顆粒與生物分子發(fā)生作用從而改變了原有的合成尺寸性質(zhì)［36]。例如納米顆粒在血液中很容易被蛋白質(zhì)組分吸附而改變材料的尺寸和聚集態(tài),進而影響它們在生物體內(nèi)的作用［37-38]。然而在生物體系中,生物礦化產(chǎn)生的納米礦物往往表現(xiàn)出較強的分散性與穩(wěn)定性。因此,通過控制仿生礦化的納米材料尺寸從而精確調(diào)控藥物體內(nèi)行為。Tang課題組［39]利用血清蛋白調(diào)控礦化順鉑顆粒的生長,在生理條件下構(gòu)建了穩(wěn)定且具有不同尺寸（50,100和200 nm）的納米礦化順鉑顆粒。研究發(fā)現(xiàn)50 nm的礦化顆粒顯示出最快的細胞攝取速度和最高的細胞積累量（圖1b）,并且具有更長的血液循環(huán)時間和更高的腫瘤靶向性。

2.2 主動靶向性

作為生物本源的礦物材料不僅具有優(yōu)異的生物相容性,還可作為進一步靶向修飾的基底。納米載體的另一種靶向策略是主動靶向,即通過葉酸［40]、抗體［41]、小分子多肽［42]、糖類［43]等對納米粒子進行修飾從而達到特異性的識別并結(jié)合靶向細胞的目的。修飾后的納米粒子可以與靶細胞表面對應的受體發(fā)生特異性結(jié)合,使藥物有選擇性的積累在病變部位而降低對正常細胞的毒副作用,并通過受體介導的內(nèi)吞作用促進細胞攝入納米載體。臨床應用中,將主動靶向和被動靶向結(jié)合在一起,藥物載體先通過EPR效應在腫瘤部位富集,再與細胞表面特異性抗原或受體結(jié)合,使藥物高效集中在癌細胞內(nèi),提高了藥物的利用率,降低對正常組織和細胞的毒副作用,增強藥物抗腫瘤的效果。

Wang等［44]設計了一種具有雙靶向功能的空心的yolk-shell結(jié)構(gòu)的磁性納米載體（MMNs）,該載體由1個磁性的Fe3O4內(nèi)核、MgSiO3外殼與中間空腔部分組成,內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)可以提供高的藥物負載,并通過交聯(lián)葉酸分子（FA）賦予納米顆粒靶向性。使其可以通過磁場操控而富集在腫瘤部位,同時葉酸分子能明顯提高納米顆粒在腫瘤部位的富集,當結(jié)合兩種靶向作用時,負載DOX藥物后的磁性納米載體對耐藥性腫瘤具有非常好的靶向性和治療效果（圖2）。He等［45]制備了基于碳酸鈣的巨噬細胞靶向遞送系統(tǒng),通過修飾糖基化羧甲基殼聚糖賦予碳酸鈣納米顆粒巨噬細胞靶向能力,在癌癥免疫治療中具有應用前景。

圖2 （a）小鼠靜脈注射及磁靶向的示意圖;（b）不同處理小鼠的活體紅外成像及主要器官的紅外成像;（c）注射8 h后的不同處理組的小鼠器官部位的熒光定量分析［44]Fig.2 （a）Scheme of the magnetic targeting;（b）Live infrared imaging of different group;（c）Fluorescence quantitative analysis of mouse organ sites in different groups after 8 hours of injection［44]

3 刺激響應性釋放

3.1 外部刺激響應

載體攜帶藥物進入細胞后,藥物能否從藥物載體中釋放出來,也是藥物載體需要考慮的重要因素。根據(jù)靶向部位特殊的環(huán)境和材料本身對外界環(huán)境的響應性,科學家們設計出了一系列具有環(huán)境響應性的納米藥物載體體系,包括對外界環(huán)境刺激響應性和腫瘤內(nèi)部環(huán)境刺激響應性［46]。外界刺激響應性納米藥物載體即對外界環(huán)境變化敏感的載藥體系,外 界 環(huán) 境 一 般 包 括 溫 度［47]、電 場［48]、磁 場［49]、 超聲［50]和光照［51]等。 當施加這些刺激信號時,納米載體自身的化學形態(tài)或物理性質(zhì)等會發(fā)生變化,從而在特定部位選擇性地釋放出藥物。

圖3 （a）超聲1 min的電鏡照片TEM;（b）超聲5 min的電鏡照片;（c）超聲響應示意圖 （d）不同實驗條件下，空心納米球的淀粉釋放動力學曲線:（1）無超聲波作用;（2）150 W連續(xù)超聲波處理;（3）150 W 超聲作用1 min，間隔1.5 min;（4）100 W連續(xù)超聲波處理和（5）50 W連續(xù)超聲波處理［52]Fig.3 （a）TEM of an interim stage，the coexistence of original hollow spheres，and transferred pin-like crystallites（1 min of ultrasonic application）;（b）TEM and SAED of the final stage （5 min ultrasonic application）of the transformation;（c）Scheme of a suggested drug release system;（d）Curves of release kinetics of amylose from the hollow nanospheres under different experimental conditions:（1）no ultrasonic application;（2）continuous ultrasonic treatment（150 W）;（3）1 min treatment of ultrasound （150 W），the interval of duties was 1.5 min;（4）continuous ultrasonic treatment（100 W）;and （5）continuous ultrasonic treatment （50 W）［52]

Cai等［52]在常溫條件下,利用CTAB作為添加劑合成了中空的球形磷酸鈣納米顆粒,該納米顆粒作可以有效負載藥物,并探究了其在超聲條件下的釋放能力,研究發(fā)現(xiàn)可以通過控制超聲波的強度實現(xiàn)藥物的可控釋放（圖 3）。 Kobayashi等［53]使用磁性的氧化鐵納米粒子,利用交變磁場使納米載體可以在靶向部位富集,從而提高了藥物的利用率。

3.2 內(nèi)部刺激響應

除了利用外部條件調(diào)節(jié)藥物的釋放,還可以根據(jù) pH 值［54]、酶［55]、氧 化 還 原 電 位［56]等 細 胞 自 身 的 特點,設計針對細胞內(nèi)部環(huán)境響應的藥物載體。通過機體內(nèi)部響應性的藥物輸送系統(tǒng)運載治療藥物到達靶向細胞或特定的組織,增加了靶向部位的藥物累積量,提高治療效率。

pH值響應型納米藥物載體是應用最為廣泛的一類。由于腫瘤細胞生長非?？?這使得其周圍的血管系統(tǒng)不能提供足夠的生長物質(zhì)和氧氣,因此腫瘤細胞不再通過線粒體進行有氧代謝,而是加強無氧酵解轉(zhuǎn)變成乳酸,乳酸的大量累積從而導致癌細胞中的pH值顯著下降,低于正常組織的pH值［57],pH值響應型納米藥物載體便是根據(jù)這種差異達到藥物的有效傳輸及可控釋放。基于生物鈣源的生物礦物載體是非常理想的pH值響應載體,Yu課題組［58]設計了一種基于無定型碳酸鈣（ACC）的藥物釋放體系,該載體可以在pH＜6.5選擇性釋放藥物,對腫瘤細胞具有持續(xù)的抑制作用。

此外,還原響應型納米藥物載體一般是通過在合成過程中引入二硫鍵而實現(xiàn)控制藥物釋放的目的,通過硫醇與二硫的互變來實現(xiàn)藥物的可控釋放。谷胱甘肽（GSH）是一種存在于大多數(shù)細胞內(nèi)的還原劑,腫瘤細胞內(nèi)谷胱甘肽的濃度是正常細胞的數(shù)倍,可以利用這種濃度差實現(xiàn)氧化還原敏感性藥物的釋放。Lee 等［59]制備了基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）的多功能還原型介孔氧化硅納米藥物載體（圖4a）。他們將連接了香豆素的介孔氧化硅納米顆粒作為藥物載體,將FITC標記的環(huán)糊精作為氧化還原反應的分子閥。在非還原條件下,香豆素與FITC之間形成二硫鍵,香豆素在405 nm的激發(fā)后其發(fā)射波直接被FITC吸收而發(fā)射出的綠光；當GSH存在時二硫鍵被切割而引發(fā)藥物釋放,在405 nm的激發(fā)光照射下只能得到香豆素所發(fā)射的波長的藍光,借此還可以監(jiān)測載體中藥物的釋放（圖4b,c）。

圖4 （A）載體的氧化還原響應型示意圖;（B）不同濃度的GSH釋放DOX的示意圖以及FRET信號的相應變化以及FRET-MSN的顏色;（C）隨著GSH濃度的增加，在不同時間點從FRET-MSN中釋放的DOX百分比（a）沒有GSH，（b）0.1 mmol·L-1GSH，（c）1 mmol·L-1GSH 和 （d）5 mmol·L-1GSH）［59]圖4 （A）Schematic representation of the redox responsive FRET-MSNs;（B）Scheme showing the release of DOX at different concentrations of GSH and the corresponding change in FRET signal as well as color of FRET-MSNs;（C）Percent DOX released from the FRET-MSNs at different time points following treatment with increasing concentrations of GSH （a）no GSH，（b）0.1 mmol·L-1GSH，（c）1 mmol·L-1GSH，and （d）5 mmol·L-1GSH）［59]

4 應 用

4.1 惡性腫瘤的治療

惡性腫瘤即癌癥,是由于控制細胞增殖機制失常而引起的疾病,它的特點是無限制生長,同時侵入周圍正常組織甚至經(jīng)由體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)或淋巴系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到身體其它部分［60]。近年來癌癥的發(fā)病率和死亡率不斷增加,已經(jīng)嚴重威脅人類健康和生命,癌癥治療已經(jīng)成為當前醫(yī)學研究領(lǐng)域所面臨的一個重大挑戰(zhàn)［61-62]。

順鉑是臨床上使用最為廣泛的抗腫瘤藥物之一,對于腸癌、前列腺癌、肺癌以及乳腺癌等多種腫瘤都能表現(xiàn)出很強的抑制作用,其作用靶點主要是細胞核內(nèi)［63]。一般認為,順鉑是通過與DNA交聯(lián)導致細胞死亡而起到抗癌作用的。在臨床應用中腫瘤對順鉑的耐藥性是亟待解決的問題［64]。在產(chǎn)生耐藥性的各種因素中,細胞對于順鉑的攝取量不足是最為關(guān)鍵的因素,這主要是由于細胞膜上負責順鉑輸送的銅轉(zhuǎn)運蛋白表達量下降引起的［65]。Tang課題組［66]以磷酸鈣作為載體實現(xiàn)順鉑的細胞內(nèi)傳遞,有效規(guī)避了細胞對順鉑的耐藥性。研究發(fā)現(xiàn)磷酸鈣載體主要通過細胞內(nèi)體（endosome）介導的內(nèi)吞方式,而不再依附順鉑轉(zhuǎn)運蛋白,進而逆轉(zhuǎn)了由于轉(zhuǎn)運蛋白下調(diào)而形成的順鉑耐藥性。相對于其他納米載體,仿生礦化方法的特點是生物相容性好、方法簡便、費用低廉,因此具有很好的可行性并更容易發(fā)展到臨床應用。

阿霉素類藥物是由鏈霉菌產(chǎn)生的蒽環(huán)類抗生素,被FDA認證為最有效的癌癥化療藥物之一。它們能與DNA分子相互作用,嵌入到DNA鏈的堿基對間,從而抑制生物大分子的合成,殺傷癌細胞,進而達到治療癌癥的效果［67]。然而它的臨床應用也受到了腫瘤耐藥性的影響,它的耐藥機理比順鉑更為復雜,被稱為多藥耐藥性（multiple drug resistance,MDR）［68-69]。引起的主要原因是耐藥相關(guān)的基因在細胞中高度表達,而使細胞有效地逃過藥物的殺傷作用。Tang課題組［70]以磷酸鈣作為載體將表阿霉素（EPI）和靶向耐藥基因的siRNA傳遞到細胞內(nèi),通過協(xié)同作用克服腫瘤細胞的多藥耐藥性。磷酸鈣載體能夠抑制細胞內(nèi)的藥物快速清除機制以及抗凋亡機制,同時能很高效的將藥物輸送到細胞核,因此在耐藥細胞內(nèi)表現(xiàn)出極強的抗腫瘤活性（圖5）。

圖5 （a）不同EPI的藥物形式對于細胞活性的影響;（b）不同EPl的藥物形式對細胞作用的IC50值［70]Fig.5 （a）Dose-response curves of the different formulations that contain EPI;（b）Cytotoxicity，represented by IC50of different formulations that contain EPI［70]

4.2 感染性疾病的治療

感染性疾病每年直接造成大概1 500萬人死亡,占每年總死亡人數(shù)（5 700萬）的25%以上,對全球健康造成了極大的威脅［71-72]。單克隆抗體由于其高度的特異性,有效的被免疫系統(tǒng)招募,較低的脫靶毒性等特性,被認為是抗感染治療有效的候選藥物［73]。目前,對于細胞內(nèi)的單克隆抗體治療成功應用所存在的一個主要挑戰(zhàn)是需要在靶細胞內(nèi)提供足夠的單克隆抗體以實現(xiàn)病毒的中和。但是,由于單克隆抗體尺寸較大,無法正常的穿透活細胞,因此其通常只能針對細胞外靶蛋白（細胞表面或分泌的蛋白）,而不能有效的作用于細胞內(nèi)的靶標,這限制了細胞內(nèi)的抗體治療［74]。Song等［75]選取登革熱和流感等4種抗體,利用礦化的磷酸鈣納米抗體實現(xiàn)了中和/非中和單克隆抗體的細胞內(nèi)遞送,該抗體保留了天然抗體的基本生物學功能。同時,遞送進入細胞內(nèi)的抗體即使在病毒感染已經(jīng)建立的細胞中仍然能夠有效的抑制細胞內(nèi)子代病毒的復制。同時,細胞外不具有中和能力的非中和單克隆抗體進入細胞后同樣具有了細胞內(nèi)抑制病毒復制的能力。該研究拓展了抗體特別是非中和抗體在細胞內(nèi)抑制病毒的應用前景,為細胞內(nèi)病毒感染治療提供了一種新的途徑（圖 6）。

4.3 腫瘤的診斷

作為影像學診斷的重要手段,核磁共振技術(shù)（MRI）具有無輻射、成像清晰、分辨率高等優(yōu)勢,在腫瘤的早期診斷和治療監(jiān)測中具有重要地位,對腫瘤患者的術(shù)前評估、手術(shù)方案的制定和術(shù)后隨訪具有重要意義［76]。目前,Gd的螯合物作為 MRI增強造影劑在臨床上廣泛應用,但是其對早期腫瘤和微轉(zhuǎn)移診斷的敏感性不高,不能準確的區(qū)分腫瘤和正常組織的分界,并且增加腎臟系統(tǒng)性纖維化的風險［77]。納米粒子載體的特殊尺寸和形貌使得它們能夠在生物體內(nèi)的特定位置大量聚集,與傳統(tǒng)造影劑相比,更有利于在分子和細胞水平上對與疾病相關(guān)的特異性生物標記進行檢測,因此在磁共振成像造影劑領(lǐng)域有很大的應用前景［78-79]。

圖6 （a）采用PRNT50檢測抗體礦化前后的中和能力;（b）登革病毒感染細胞建立感染后，加入礦化的Anti-E，未處理的Anti-E單克隆抗體以及不相關(guān)的抗體處理，空斑形成實驗檢測病毒滴度;（c）流感病毒感染細胞建立感染后，加入礦化的Anti-NP，未處理的Anti-NP單克隆抗體以及不相關(guān)的抗體處理，空斑形成實驗檢測病毒滴度;（d）登革病毒感染細胞后加入礦化的Anti-E單克隆抗體，未處理的Anti-E單克隆抗體以及不相關(guān)的單克隆抗體，WB（Western Blot）檢測其中E蛋白的表達量;（e）流感病毒感染細胞建立感染后，加入礦化的Anti-NP，未處理的Anti-NP單克隆抗體以及不相關(guān)的單克隆抗體，WB 檢測其中 E 蛋白的表達量，（n≥3，Student′s paired t-test，one-tailed，**P≤0.01）［75]Fig.6 （a）Plaque reduction neutralization assays （PRNT50）;（b）DENV titers tested by Plaque Forming Unit（PFU）assays;（c）IAV titers tested by PFU assays.Protein expressions were examined by western blot in BHK cells （d）and MDCK cells （e），which were infected with DENV and IAV，respectively （GAPDH internal control）.Error bars represent SDs（n≥3，Student′s paired t-test，one-tailed，**P≤0.01）［75]

圖7 （A）抗體靶向多功能納米載體構(gòu)建示意圖;（B）MR體外掃描 T2影像圖;（C）MR信號強度圖，（a）抗體靶向雙載納米粒，（b）非抗體靶向雙載納米粒，（c）Endorem分別與PC3細胞共孵育2 h［83]Fig.7 Schematic representing formulation of the delivery（A）;T2-weighted imaging （B）;MR signal intensity （C）of PC3 cells （1×106）after 2 h incubation with （a）scAbPSCA-Dtxl/SPIO-NPs，（b）PEG-PLGA-Dtxl/SPIO-NPs and （c）Endorem（a commercial contrast，Guerbet，F(xiàn)rance）at Fe concentration of 0，5，10，20，40，80 μg·mL-1;cells were then mixed with 2%agarose solution in PBS and scanned under a 1.5 T MRI scanner （Philips Intera，Netherlands，B.V.）at room temperature［83]

超順磁性四氧化三鐵納米粒子（SPIO）具有低毒性、良好的生物相容性和磁共振信號敏感性等特點,是一種被美國FDA批準用于體內(nèi)監(jiān)測肝癌的轉(zhuǎn)移磁共振的陰性造影劑［80-81]。Yang等［82]將阿霉素和SPIO包覆于三嵌段共聚物材料中形成多功能納米藥物載體,該多功能納米藥物載體具有理想的pH值敏感性,能定位控制釋放腫瘤藥物,更重要的是SPIO顯像效果明顯,在腫瘤的診斷治療一體化中具有較大的應用潛力。Ling等［83]以多西紫杉醇（Dtxl）為腫瘤治療藥物,超順磁性四氧化三鐵（SPIO）為MR影像對比劑,制備了單鏈抗體靶向多功能納米粒,該載體高效介導進入細胞后能很好的作為腫瘤細胞的靶向影像對比劑,在核磁共振成像中發(fā)揮重要作用（圖 7）。

5 結(jié)論與展望

基于生物礦化的納米載體在臨床中具有十分廣闊的應用前景。但是,目前的研究尚處于實驗階段,研究重點集中在以下幾個方面:①優(yōu)化生物礦物載體的制備工藝,獲得結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、性質(zhì)穩(wěn)定的載體材料；②對載體進行進一步的設計與修飾，使其具有更精確的組織器官靶向性，使負載藥物獲得更優(yōu)良、持久的藥效；③降低修飾材料的毒副作用以達到臨床應用的標準,闡明納米礦物載體在體內(nèi)發(fā)揮作用的條件及體內(nèi)降解的機制。隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)以及醫(yī)學技術(shù)的發(fā)展,這些問題會逐步得以解決,從而使基于生物礦化的納米載體成為一種可應用于臨床的靶向性強、毒副作用低的新型納米藥物載體。

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Nanoparticle Drug Delivery Systems Based on Biominaralization

XIAO Yun1，3TANG Rui-Kang＊，1，2
（1Department of Chemistry,Center for Biomaterials and Biopathways,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China）
（2Qiushi Academy for Advanced Studies,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China）
（3Institute of Translational Medicine,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China）

Biominaralization based nanoparticle drug delivery systems that have the advantages of simple preparation，perfect biocompatibility，controlled drug release and easy to be modified have attracted a wide attention in field of clinical applications.This paper systematically elaborated the construction principle and classification of nanocarrier based on biomineralization，and the targeting strategy as well as stimulus response strategy of the caririers are discussed.The outlook of the clinical application is also prospected.

biomineralization;nanoparticle;drug delivery;calcium phosphate

O611.6

A

1001-4861（2017）11-1937-10

10.11862/CJIC.2017.242

2017-07-20。收修改稿日期:2017-09-11。

國家自然科學基金（No.21625105）和浙江省自然科學基金（No.Y17B010009）資助項目。

＊通信聯(lián)系人。E-mail:rtang@zju.edu.cn