納米藥物體內(nèi)輸送過程及障礙

1、納米藥物體內(nèi)輸送過程及障礙1 納米藥物體內(nèi)輸送過程為實(shí)現(xiàn)腫瘤的精確靶向，NDS需要?dú)v經(jīng)以下5個(gè)過程（圖 1-3），簡稱CAPIR：靜脈注射進(jìn)入血液循環(huán)（Circulation），通過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），被腫瘤細(xì)胞攝取內(nèi)化（Internalization）以及在細(xì)胞內(nèi)釋放包載的藥物（Release）。由于這5個(gè)過程是連貫性的，所以NDS在任何一個(gè)過程出現(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)來源于CAPIR各個(gè)過程對納米粒子物理化學(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

2、同的需求，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??；正電荷無PEG修飾的NPs易于攝取，但也易于被清除。到達(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，近年來研究者設(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。 圖 1-3 NDS 體內(nèi)遞送CAPIR過程及每個(gè)階段對NDS

3、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)遇到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)吸附到納米藥物表面對其進(jìn)行標(biāo)記，從而通過調(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)別并快速從血液中清除。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”，延長其在血液中的循環(huán)時(shí)間，為納米藥物通過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、微弱的正電荷，以及修飾可

4、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)胞對納米藥物的內(nèi)吞速率。但納米藥物通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞之后，必須能夠避開內(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出細(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，釋放的快慢和效率對于最后整個(gè)納米藥物體系的輸送效率的作用也尤為關(guān)鍵?？梢?，納米藥物輸送過程中，應(yīng)對所遭遇的不同生物屏障所需求的載體性質(zhì)是不同的，有些甚至是相互矛盾的。比如，

5、表面PEG化能遮蔽MPS系統(tǒng)和RES系統(tǒng)對納米藥物體系的識(shí)別，從而延長其在血液中的循環(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(100 rim)能使納米藥物在血液中具有較長循環(huán)時(shí)間，但卻不利于組織滲透，較小的尺寸(20 nm)能在腫瘤組織高效滲透，但在血液中卻會(huì)被快速清除。針對這一困境，申有青教授提出了針對藥物輸送的“2R2SP理論(圖1

6、.2)，為了克服血液、腫瘤、細(xì)胞等多重生物屏障，高效輸送納米藥物到腫瘤部位，納米載藥體系需要具備以下3個(gè)特征：遞藥、表面活性和組織滲透。遞藥是指所攜帶的藥物在CAPI過程中不會(huì)從納米制劑中泄露，而進(jìn)入腫瘤細(xì)胞后又能夠快速釋放(drug Retention vs Release，2R)，表面活性是指納米顆粒在血液循環(huán)過程中能避免網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬，在腫瘤組織富集后，能與腫瘤細(xì)胞表面靶點(diǎn)相互作用，快速進(jìn)入細(xì)胞(surface Stealthy VS Sticky，2S)；最后，納米藥物要能夠擴(kuò)散到腫瘤組織內(nèi)部(tumor penetration，P)，也即2R2SP。因此為了獲得較高的藥物輸送效率，

7、需要設(shè)計(jì)更加動(dòng)態(tài)的策略來調(diào)控納米藥物的性質(zhì)。在藥物輸送的各個(gè)階段，納米藥物性質(zhì)針對相應(yīng)生物屏障做出相應(yīng)調(diào)整,也即“3S”轉(zhuǎn)變(圖1.2)：1)穩(wěn)定性。在CAPI過程中穩(wěn)定存在，到R過程以不穩(wěn)定的形式將藥物快速釋放；2)表面性質(zhì)。在CAP過程中呈中性、聚乙二醇化、隱藏功能基團(tuán)，到I過程轉(zhuǎn)變?yōu)殛栯x子、去乙二醇化、暴露功能基團(tuán)以利于納米顆粒內(nèi)吞；3)粒徑：在CA過程粒徑相對較大，到P過程變小以利于2 納米藥物輸送瓶頸國內(nèi)外學(xué)者在長循環(huán)(C)、腫瘤富集(A)、提高細(xì)胞內(nèi)吞(I)、與胞內(nèi)釋放(R)等方面做了大量工作，但納米藥物在腫瘤組織內(nèi)的滲透(P)仍是納米藥物輸送的瓶頸所在。目前臨床使用納米藥物難以在

8、腫瘤組織內(nèi)滲透(P)、不能到達(dá)遠(yuǎn)離血管特別是乏氧區(qū)內(nèi)的腫瘤細(xì)胞完成入胞(I)和胞內(nèi)釋放（R），導(dǎo)致療效不理想，這也是眾多新開發(fā)的納米藥物臨床實(shí)驗(yàn)失敗的重要原因。例如，納米藥物鹽酸阿霉素脂質(zhì)體DOXIL能在血液中穩(wěn)定循環(huán)數(shù)日，且在腫瘤部位富集了明顯高于注射小分子阿霉素對照的藥物濃度，但最終的治療效果卻和小分子阿霉素相仿，未能顯著改善藥物的療效。研究表明，大量的DOXIL只是富集在腫瘤血管周圍，沒有進(jìn)一步滲透擴(kuò)散到遠(yuǎn)離血管的腫瘤細(xì)胞附近，因而不能完成隨后的入胞和細(xì)胞內(nèi)藥物釋放這兩步。此外，PEG修飾的喜樹堿治療局部晚期和轉(zhuǎn)移性胃癌和胃食管交界處腺癌進(jìn)入臨床試驗(yàn)二期，但是發(fā)現(xiàn)它也存在類似的缺點(diǎn)：一是

9、它們在腫瘤中的擴(kuò)散能力很弱，因此在腫瘤內(nèi)富集后它們只能停留在腫瘤毛細(xì)血管周圍而不能擴(kuò)散到達(dá)腫瘤組織深處，無法將藥物遞送到遠(yuǎn)離血管的腫瘤細(xì)胞；二是載體與腫瘤細(xì)胞的作用很弱，導(dǎo)致細(xì)胞不能有效內(nèi)吞這些載藥系統(tǒng)，細(xì)胞內(nèi)藥物濃度太低，從而大大限制了藥物發(fā)揮藥效。因此提高納米藥物在腫瘤組織中的滲透能力(P)，從而使其更好地完成整個(gè)CAPIR五步輸送過程，是提高納米藥物抗腫瘤療效的關(guān)鍵。3 納米載藥體內(nèi)輸送多重障礙盡管納米藥物經(jīng)過十幾年的發(fā)展，己取得了長足進(jìn)步并且已經(jīng)有數(shù)種基于納米載體輸運(yùn)體系的納米藥物進(jìn)入臨床治療，但是納米藥物至今仍無法撼動(dòng)傳統(tǒng)化療藥物在臨床使用中的重要地位。目前已經(jīng)用于臨床使用的納米藥物

10、大多的設(shè)計(jì)和發(fā)展都是從對現(xiàn)有藥物進(jìn)行“減毒增效”出發(fā)，利用納米藥物在腫瘤部位EPR效應(yīng)實(shí)現(xiàn)腫瘤被動(dòng)靶向，以富集更多藥物在腫瘤組織，同時(shí)降低藥物使用劑量，減輕藥物毒副作用。但是大量的臨床試驗(yàn)以及治療結(jié)果表明，許多納米藥物的治療效果相比于傳統(tǒng)小分子藥物化療并未取得顯著的增強(qiáng)，這也是導(dǎo)致許多納米藥物在臨床試驗(yàn)中最終失敗的原因。納米載體最重要的任務(wù)就是如何將抗腫瘤藥物盡可能多的從血液中輸送到腫瘤細(xì)胞中。但是納米藥物作為一種外源性物質(zhì)，從靜脈注射到血液中，直至最后進(jìn)入腫瘤細(xì)胞中必然會(huì)遭受包括免疫系統(tǒng)，腫瘤微環(huán)境等在內(nèi)的多重生物屏障，阻礙納米藥物的體內(nèi)遞送，從而導(dǎo)致藥效低下。納米藥物進(jìn)入體內(nèi)后根據(jù)其階段不

11、同可分為以下主要生物屏障。3.1 血液屏障來自多倫多大學(xué)的研究者通過對過去近10年超過100篇納米藥物載體的研究論文分析發(fā)現(xiàn)，無論是否具有主動(dòng)靶向能力的納米藥物，僅有不超過注射劑量1%的藥物能夠達(dá)到腫瘤組織，這意味著注射到體內(nèi)超過99%的藥物都被體內(nèi)各種代謝作用所清除。納米藥物從靜脈注射后最先進(jìn)入的就是血液環(huán)境，也是進(jìn)入生物體內(nèi)后所面臨的第一道生物屏障。首先，納米藥物作為一外源性物質(zhì)進(jìn)入血液后，血液中大量的蛋白會(huì)結(jié)合到納米顆粒表面，而血液中大量存在的免疫細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等表面一些特異性的受體可以識(shí)別結(jié)合在納米顆粒表面的蛋白，激活相關(guān)免疫細(xì)胞的吞噬功能，進(jìn)而通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用吞噬

12、納米顆粒，最終將其從血液中清除。另外，在肝臟、脾臟以及骨髓中滯留有大量吞噬能力很強(qiáng)的細(xì)胞，如肝臟中Kupffer細(xì)胞、脾臟和骨髓中的巨噬細(xì)胞等構(gòu)成的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)能夠快速清除血液中的外源性的納米藥物。而對于一些小分子外源性物質(zhì)或者超小尺度的納米顆粒(一般認(rèn)為小于5nm)，則在血液循環(huán)過程中通過。腎臟中腎小球部位被快速過濾出血液，進(jìn)而通過尿液排出體外。Figure12 Biodistribution and clearance of polymeric nanoparticles Tissue defects，stealth properties，targeting，and the si

13、ze of the nanoparticles are major factors affecting the biodistribution and clearance of polymeric nanoparticles因此，如何避免納米藥物在血液中被快速清除，進(jìn)而通過EPR效應(yīng)更多的在腫瘤組織中富集并減少藥物在肝脾等臟器中的分布是納米藥物所需要具備的第一項(xiàng)能力。針對于這一科學(xué)問題，研究者們做了大量的工作，希望通過對納米藥物載體進(jìn)行特定的改性以獲得上述能力。通過將納米藥物表面修飾上PEG一種具有十分強(qiáng)親水能力的聚合物，可以顯著降低納米藥物與血清蛋白的結(jié)合作用，從而減少體內(nèi)單核巨噬細(xì)胞對納米

14、藥物的攝取。Sadzuko等人的研究結(jié)果表明，將脂質(zhì)體表面PEG化后，脂質(zhì)體在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的中量能夠減少3倍，而在血漿中的含量相比于未PEG化的脂質(zhì)體則有6倍的提升，表明PEG化納米藥物對于延長血液循環(huán)，克服納米藥物血液屏障有著顯著的作用?；谶@一現(xiàn)象，研究者們也發(fā)展了多種表面PEG化的納米藥物并進(jìn)入臨床使用，比如PEG化脂質(zhì)體包載阿霉素的DOXIL、聚乙二醇聚乳酸組裝成納米膠束包載紫杉醇的Genexo1-PM等均是將納米藥物表面PEG化的成功典范。另外納米藥物的尺寸、形貌、組分以及表面電勢等都會(huì)一定程度上影響其在血液中的清除能力。比如Hunter等人通過研究具有不同尺寸的脂質(zhì)體在肝臟以及腫瘤

15、中的分布發(fā)現(xiàn)，100-200nm的脂質(zhì)體相比于50nm以下或者300nm以上的脂質(zhì)體在腫瘤中的富集量多達(dá)4倍，50nm以下或者300nm以上的脂質(zhì)體在肝臟中的含量占到總注射劑量的25%，而100nm的脂質(zhì)體在肝臟中的含量僅占總注射量的10%。Discher等人發(fā)現(xiàn)相比于球形的納米顆粒，蠕蟲狀的納米顆粒能夠更長時(shí)間的在血液中滯留，其血液半衰期長達(dá)5天，并且進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)蠕蟲狀的納米顆粒難以被巨噬細(xì)胞有效吞噬，從而獲得了長的血液循環(huán)能力。Xiao等人發(fā)現(xiàn)具有較強(qiáng)正電性或負(fù)電性的納米顆粒均能夠大量的結(jié)合蛋白，并且被肝臟中Kupffer細(xì)胞快速清除；Levchenko等人研究結(jié)果表明具有高的電荷的納

16、米顆粒在體內(nèi)會(huì)被更快速的清除，表面電勢約40mV的納米顆粒在10 min之內(nèi)已經(jīng)有超過90%被清除，而相同條件下表面電勢小于10mV的中性納米顆粒在體內(nèi)被清除的比例僅有10%。3.2 腫瘤屏障納米載藥系統(tǒng)逃過血液中蛋白及 RES 的調(diào)理作用后通過腫瘤部位的 EPR 效應(yīng)（Enhanced Penetration and Retention，EPR）從具有一定內(nèi)皮細(xì)胞縫隙的血管滲入腫瘤組織。EPR 效應(yīng)的本質(zhì)在于完整的內(nèi)皮系統(tǒng)會(huì)因?yàn)槟[瘤生長或炎性過程而破壞，造成2002000nm不同的間隙。同時(shí)隨著腫瘤的發(fā)生發(fā)展，腫瘤部位的血管密度也會(huì)發(fā)生改變，因而不同種類及不同時(shí)期的腫瘤對于納米載藥系統(tǒng)的EP

17、R效應(yīng)是不同的。然而肝靜脈竇內(nèi)皮也具有150nm左右的縫隙，脾臟則具有200250nm內(nèi)皮細(xì)胞間隙，因此納米載藥系統(tǒng)也會(huì)深入到肝脾中 。納米藥物在血液循環(huán)中通過腫瘤組織中不完整的腫瘤血管壁溢出血管進(jìn)入腫瘤組織中，從而實(shí)現(xiàn)納米藥物從血液到腫瘤的遞送過程。要想實(shí)現(xiàn)藥物的高效遞送，納米藥物載體不僅僅要能夠從血管中滲出，還需要擴(kuò)散到整個(gè)腫瘤組織。然而，腫瘤組織獨(dú)特的生理病理學(xué)特征卻給納米藥物在腫瘤組織中的滲透和擴(kuò)散制造了諸多障礙，限制其從血管溢出后進(jìn)一步分布到整個(gè)腫瘤組織中構(gòu)成了納米藥物輸送過程中的腫瘤屏障。人體中由淋巴管構(gòu)成的淋巴循環(huán)系統(tǒng)將組織產(chǎn)生的組織液排出以維持正常組織的流體間隙平衡。而腫瘤細(xì)胞

18、的快速生長，使腫瘤組織中淋巴管受壓迫并產(chǎn)生萎縮和功能缺失，并且腫瘤細(xì)胞的高侵襲能力致使腫瘤內(nèi)部淋巴管網(wǎng)絡(luò)遭受破壞，最終導(dǎo)致腫瘤組織內(nèi)部淋巴循環(huán)系統(tǒng)功能缺失。腫瘤組織中細(xì)胞產(chǎn)生的組織液無法有效通過淋巴循環(huán)系統(tǒng)排出，導(dǎo)致腫瘤組織產(chǎn)生高的間質(zhì)壓。正常組織中血管由于血流產(chǎn)生的剪切壓力相比于組織中間質(zhì)壓力高1-3 mmHg，從而有利于血液中的氧氣與養(yǎng)分向組織中的供應(yīng)；而在腫瘤組織中，由于淋巴管功能的缺失導(dǎo)致腫瘤組織內(nèi)部間質(zhì)壓力比血管中的壓力更高，產(chǎn)生約-18-2 mmHg的逆向壓力差，阻礙納米藥物從血管出來進(jìn)一步向腫瘤組織中的擴(kuò)散。Figure13 Forces that regulate transc

19、apillary transport in tissuesThe figure shows the hydrostatic and colloid osmotic pressuresin capillaries(PcApand COPcAP，respectively)and the surrounding interstitium(PIF and COPIF，respectively)in normal tissues(a)and tumor tissues(b)組織細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)是機(jī)體為了維持組織穩(wěn)態(tài)、器官發(fā)育等功能由細(xì)胞合成并分泌到胞外，分布

20、在細(xì)胞表面和細(xì)胞之間的生物大分子，主要是一些多糖、蛋白質(zhì)和蛋白聚糖等。這些物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支持并連接組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)組織的發(fā)生和細(xì)胞的生理活動(dòng)。腫瘤組織中由于腫瘤細(xì)胞旺盛的代謝作用，在腫瘤細(xì)胞間隙產(chǎn)生大量的膠原蛋白、多糖和蛋白聚糖等，彼此相互交聯(lián)，構(gòu)成致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這給在腫瘤中以擴(kuò)散作用為主要運(yùn)輸機(jī)制的納米藥物在腫瘤的滲透造成了極大的障礙。另外，腫瘤細(xì)胞間隙中物質(zhì)的不均勻分布導(dǎo)致腫瘤組織局部位置出現(xiàn)油相、水相分離。油相部位富含膠原纖維，一方面顯著抑制顆粒的擴(kuò)散，另一方面可能破壞自組裝顆粒的結(jié)構(gòu)；水相部位膠原纖維含量較少，顆粒在其中擴(kuò)散行為類似于水中。這種油相、水相分離導(dǎo)致顆粒在腫瘤

21、中的擴(kuò)散形成雙組分?jǐn)U散行為，使得納米顆粒在腫瘤中的擴(kuò)散行為更加復(fù)雜化和極大影響顆粒在腫瘤中的分布。此外，腫瘤血管中雖然血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙較大，但血管外圍還覆蓋一層周皮細(xì)胞，以及會(huì)聚集大量的腫瘤細(xì)胞，形成緊密的包裹層，也導(dǎo)致納米顆粒從血管向腫瘤組織內(nèi)部擴(kuò)散的難度增加。Figure1.4 The illustration of the structure of extracellular matrix(ECM)如何增強(qiáng)納米藥物在從腫瘤血管中溢出后進(jìn)一步滲透到整個(gè)腫瘤組織中的效率，是提高納米藥物抗腫瘤效果的另一十分關(guān)鍵的步驟，也直接影響到納米藥物最終的腫瘤治療療效。針對于這一重要問題，研究者們進(jìn)行了大

22、量的探索工作，以期望減少納米藥物在腫瘤組織中滲透的阻力或增加納米藥物本身在腫瘤組織中的滲透能力。在腫瘤組織中，促血管生成因子的表達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于血管生成抑制因子，因此導(dǎo)致腫瘤組織中血管無序盲目增殖，形成微血管密集、形態(tài)迂曲，多處呈現(xiàn)為囊狀，膨脹等狀態(tài)的生理結(jié)構(gòu)。Jain等人提出合理使用抗血管生成類藥物，如單克隆抗體、多肽和激酶抑制等聯(lián)合化療藥物，在一定的時(shí)間窗口內(nèi)使血管恢復(fù)正常化，同時(shí)可以降低腫瘤間質(zhì)壓力，恢復(fù)正常的從血管到組織的流體壓力差以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)藥物在腫瘤中的滲透能力。Jain等人用血管生成因子受體2(VEGFR-2)特異性抗體DCl01抑制荷有乳腺癌和結(jié)腸癌小鼠腫瘤中血管的生成，發(fā)現(xiàn)在處理后的

23、第三天，腫瘤組織中血管密度和直徑都發(fā)生了明顯降低，同時(shí)血管分布變得更加均勻，整體形態(tài)上也恢復(fù)到正常血管的狀態(tài)。腫瘤組織中的間質(zhì)壓力發(fā)生了明顯的降低，僅為對照組的50%；同時(shí)血管中的流體壓力卻未發(fā)生改變。在血管正常化的時(shí)間窗口期內(nèi)，腫瘤組織中間質(zhì)液的對流速率會(huì)明顯增高，這使得納米藥物可以更多的通過對流這一途徑進(jìn)入腫瘤組織中，增加藥物在腫瘤組織的擴(kuò)散能力。Figure14 Proposed role of vessel normalization in the response of tumors to antiangiogenic therapyA：tumor vasculature is st

24、ructurally and functionally abnormal.B：dynamics of vascular normalization induced by VEGFR2 blockadeSubsequent images show human colon carcinoma vasculature in mice atDay 0 and day 3 after administration of VEGR2一specific antibodyC： diagram depicting the concomitant changes in pericyte(red)and basem

25、ent membrane(blue) coverage during vascular normalizationD：these phenotypic changes in the vasculature may reflect changes in the balance of pro-and antiangiogenic signaling in the tissue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)通過在腫瘤原位注射一種非肽類血管緊張素II受體拮抗劑洛沙坦，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型膠原蛋白的含

26、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DOXIL在腫瘤中的擴(kuò)散能力得到了大大的增強(qiáng)，表明通過降低腫瘤間質(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等通過低劑量使用轉(zhuǎn)化生長因子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-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。由于納米藥

27、物在腫瘤中的滲透主要依賴于自由擴(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等通過研究尺寸在100nm以內(nèi)納米顆粒在胰腺癌中的滲透能力發(fā)現(xiàn)，相對較小的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圍部位，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。納米藥物與腫瘤細(xì)

28、胞膜接觸，激活細(xì)胞內(nèi)吞作用，通過細(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)降解后通過細(xì)胞的外排作用排出。因此通過內(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，特別是核酸類藥物。Figure1.5 Pathways of entry into cellsLarge particles can be

29、taken up by phagocytosis，whereas fluid uptake occurs by macropinocytosisBoth processes appear to be triggered by and are dependent on actinmedimed remodelling of the plasma membrane at a large scale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，通過主動(dòng)靶向作用增加靶細(xì)胞對納米藥物載體的攝取。Langer et al.利用適體

30、可以特異性識(shí)別前列腺癌細(xì)胞表面抗原（PSMA），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)吞作用進(jìn)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。Cheng et al.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，促進(jìn)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)出針對腫瘤組織的“智能型納米顆?！薄ang et al.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

31、了維持自身穩(wěn)定以及免受外來藥物傷害，在化療過程中會(huì)逐漸產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致最終化療失敗。同時(shí)，腫瘤細(xì)胞在長期接觸一種化療藥物后，不僅對該種藥物產(chǎn)生一定的耐藥性，還會(huì)對其他結(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，主要包括藥物吸收減少、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)胞通過高表達(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

32、對天然疏水性藥物具有較強(qiáng)的外排作用，包括長春堿、蒽環(huán)類、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”而不需要通過內(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。Rotello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)，可以通過膜融合過程直接進(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)

33、有效濃度，Zhang等人利用聚合物納米載體同時(shí)輸送P-gp小干擾RNA(P-gP siRNA)與化療藥物阿霉素，其中P-gP siRNA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、高爾基體和線粒體的細(xì)胞器中（Figure 1.5）。納米顆粒的胞內(nèi)傳遞是一種復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)過程，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。對于靶向內(nèi)涵體/溶酶體系統(tǒng)的納米顆?？梢杂糜谥委?/p>

34、溶酶體貯積癥，其內(nèi)吞攝取為該靶向提供了直接的可行性。除此之外，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)成功開發(fā)了多種策略來克服內(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pH 5.2到7.0之間的聚合

35、物可以附著在納米顆粒上通過“質(zhì)子-海綿”效應(yīng)介導(dǎo)顆粒的內(nèi)體逃逸。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細(xì)胞質(zhì)才能與其靶標(biāo)結(jié)合。細(xì)胞質(zhì)中充滿了細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)、營養(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

36、經(jīng)細(xì)胞內(nèi)化，在囊泡內(nèi)以一種類似于肌動(dòng)蛋白/驅(qū)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)方式被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核周區(qū)域的微管組織中心。Figure 1.5 Intracullular transport of nanoparticles. After internalization via one or more of the endocytic pathways, nanoparticles are transported along the endolysosomal network within vesicles with the aid of motor proteins and cytoskeletal stru

37、ctures. Vesicles can carry their contents into sorting endosomes or excrete/recycle them back to the cell surface by fusing with the plasma membrane. Alternatively, endosomes can mature into lysosomes through lumianal acidificcation and recruitment of degradative enzymes, which target the vesicle co

38、ntents for degradation. To access cytoplasmic or nuclear targets, nanoparticles must be ablee to escape from the endolysosomal network along with traverse through the crowded cytoplasm.藥物的抗藥性是治療感染、炎癥和癌癥等多種疾病過程的主要障礙，無論是內(nèi)源性的還是通過長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

39、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（Figure 1.6）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)、藥物誘導(dǎo)DNA損傷修復(fù)的增強(qiáng)和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的過表達(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）的過表達(dá)是多藥耐藥性最常見原因之一。腫瘤細(xì)胞高表達(dá)P-gp，對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、長春堿、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

40、蛋白的過表達(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)。Amiji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, DO

41、X）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。Figure 1.6 Mechanisms of multiple-drug resistance in cancer cells:drug efflux caused by multidrug resistance protein(MRP)(e.g. P-glycoprotein or P-gp), downregulation of the sensitivity to drug by the tumor suppr

42、essor protein p53, reduction in sensitivity to methotrexate and fluorouracil by phosphorylation of the retinoblastoma protein(Rb), and production of resistance to camptothecins through downregulation expression or mutations in topoisomerases(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

43、腫瘤的治療，但是仍然面臨著不少的問題，尤其面對體內(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的調(diào)理

44、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粒在腫瘤組織的富集也會(huì)對富含單核巨噬細(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，以此來延長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，并減小納米顆粒對吞

45、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、組分）能夠防止血漿蛋白吸附到納米顆粒上，這對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)到高的治療效果并且降低了對正常組織的損傷。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，可以阻止蛋白吸附吞噬細(xì)胞攝取來延長納米藥物半衰期；另外近年來開發(fā)的一個(gè)有效策略就是利用生物仿生，即通過一系列細(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

46、延長循環(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，并在納米粒子周圍形成“生物分子層”。生物分子層可以通過免疫系統(tǒng)識(shí)別納米粒子而增加血液對納米顆粒的清除能力，進(jìn)一步阻礙目標(biāo)組織對納米粒子的內(nèi)化作用。納米粒子的表面修飾可使其逃離RES，延長其在血液中的循環(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)

47、別，從而延長了它們在血液中循環(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-SIRP等配體來修飾納米材料可以抑制吞噬細(xì)胞對其清除作用。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與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用而滲出相對較少，從而增加其在血液中循環(huán)時(shí)長。4.2 腎臟系統(tǒng)除了單核巨噬細(xì)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，每天腎臟能夠過濾大約180升的液體或60倍體積的血漿。經(jīng)過腎

48、臟過濾的代謝分子和納米顆粒需要通過腎小球毛細(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68 nm的陽離子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。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，桿長為100-500 nm和直徑為0.8-1.2 nm的單

49、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lO-20倍質(zhì)量為30-50 kDa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。通過形狀設(shè)計(jì)結(jié)合其他材料特性來控制腎臟清除和NPs的組織分布策略目前正在研究，總的來說，納米顆粒大小是影響腎臟清除的主要因素，然而，納米顆粒的大小也會(huì)對其功能產(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

50、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期毒性以及納米粒子降解產(chǎn)物的毒性等。此外，對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)血液的過濾，因此在設(shè)計(jì)納米粒子時(shí)需要考慮腎濾過過程中的障礙。想要經(jīng)過腎臟代謝，納米顆粒須得穿過有孔內(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（長度100-500 nm和直徑0.8-1.2 nm）通過它們的長軸穿過開窗毛細(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