納米遞藥系統研究進展與發(fā)展前景

目錄一、納米技術在藥學領域的發(fā)展二、納米遞藥系統研究進展三、進入實用的可能性四、需要解決的問題及思考五、靶向遞藥系統的幾個重要發(fā)展方向+第一頁，共68頁。一、納米技術在藥學領域的發(fā)展過程1976年Birrenbach等人首先提出了納米粒和納米囊的概念；1977年Couvreur等人發(fā)現NP能夠進入細胞，并具有溶酶體趨向性；1978年Kreuter等人用NP進行了疫苗載體的研究；1979年Couvreur等人用NP進行抗癌藥物載體的研究；90年代NP的研究已成為藥學領域的研究熱點之一。第二頁，共68頁。納米遞藥系統

納米技術、納米材料應用于藥學領域產生了納米給藥系統，包括納米載體與納米藥物納米粒（Nanoparticles,NP）,納米球（Nanospheres,NS），納米囊（Nanocapsules,NC）,納米膠束（Nanomicelle,NM）,納米脂質體（Nano-liposomes,NL）和納米乳劑（Nano-emulsion,NE）等

NP一般是指由天然或合成的高分子材料制成的、粒度在納米級的（1-1000nm）固態(tài)膠體微粒第三頁，共68頁。納米遞藥系統的主要特點

增加藥物的吸收：由于NP高度分散，表面積大，并具有特殊的表面性能（如生物粘附性、電性、親合性等），有利于增加藥物在吸收部位的接觸時間和接觸面積，加之NP對藥物具有明顯的保護作用，故可提高藥物的吸收和生物利用度；

控制藥物的釋放：由于載體材料的種類與性能（如分子量和比例等）的不同、制備NP的工藝不同以及NP的結構等不同，可以使藥物具有不同的釋藥速度；

第四頁，共68頁。

改變藥物的體內分布特征：NP進入體內后由于網狀內皮系統的吞噬作用，可靶向于吞噬細胞豐富的肝臟、脾臟、肺和淋巴組織等，特別小NP還可進入骨髓組織。NP經抗體介導、配體介導或磁場介導等，可主動靶向靶組織；

改變藥物的膜轉運機制：NP可以增加藥物對生物膜的透過性，如增加藥物對血腦屏障和細胞膜的通透性等，有利于藥物對一些特殊部位的治療。第五頁，共68頁。阻礙微粒類TDDS上生產和臨床的關鍵問題

載藥量?。?.1%--14%工藝復雜：除了噴霧干燥法以外穩(wěn)定性差:膠體注射劑的物理穩(wěn)定性

藥動學模型：需要建立新的數學模型載體材料問題：需要靜脈注射的高分子材料納米遞藥系統的研究已經很多，但是除了脂質體外，還沒有高分子材料作為載體的納米制劑上生產和臨床。第六頁，共68頁。二、納米遞藥系統研究進展幾個重要的進展

制備工藝：乳化固化、界面縮聚、乳化聚合噴霧干燥等

載藥量：達40%以上

載體材料：不可降解---可降解

體內靶向性：粒徑、表面狀態(tài)

藥效和毒性：載體體內降解途徑

臨床研究：1993年德國阿霉素毫微粒1996-2000年中國108例臨床研究第七頁，共68頁。制備方法與載藥量研究

載藥機理：包裹、吸附

1985年Dougles:溫度、攪拌、濃度、酸化劑、電解質1989年Lenaerts:用SO2，粒徑10-20nm,

1990—現在，張志榮課題組通過控制Zeta電位達-50mv以上，使載藥量達到46%。第八頁，共68頁。載藥量進展情況--------------------------------------------------------藥物載體載藥量（%）研究者--------------------------------------------------------胰島素PIBCA3.12Damge氟脲嘧啶PBCA2.52潘衛(wèi)三斑蟊素白蛋白1.28程宇慧阿霉素PBCA6.35Gasco伯喹PBCA4.56Douglas羥氨芐PBCA14.3Rolland--------------------------------------------------------第九頁，共68頁。

如米托蒽醌聚氰基丙烯酸正丁酯納米粒

納米粒藥物分子載藥納米粒第十頁，共68頁。圖米托蒽醌納米粒的掃描電鏡照片第十一頁，共68頁。線性方程

IDL(%)=-16.996+0.9756ZP(r=0.9996)米托蒽醌納米粒Zeta電位與載藥量的關系_________________________________________________________________TermNa2S2O3+NaCl

Na2S2O3Na2S2O4NaClKCl

_________________________________________________________________ZP(mv)-65.8-50.5-35.2-30.4-27.3ER(%)84.1262.8345.6838.2534.21IDL(%)46.7733.0117.2312.729.28_________________________________________________________________第十二頁，共68頁。本法的應用效果---------------------------------------------------------------藥物載體載藥量（%）作者---------------------------------------------------------------阿克拉霉素PIBCA44.9蔣學華慶大霉素PBCA41.7張強兩性霉素BPBCA38.6郭平柔紅霉素PBCA30.2彭應旭阿克拉霉素BLP40.5王章陽萬乃洛韋PBCA26.3何勤氟脲嘧啶LP36.5于波濤氟脲核苷LP48.9王建新---------------------------------------------------------------第十三頁，共68頁。

體內靶向性研究

Lenaerts（1984）、Andrien(1989)、Verdun(1990)等研究證明了肝靶向性。證實Kupffercell攝取最多。

Dougles(1985)證實50-100nm的可進入肝實質細胞。

Gipps(1986)證實腫瘤組織中比肌肉高，隨動物種類而異。

如米托蒽醌納米粒的體內分布第十四頁，共68頁。米托蒽醌納米粒在動物體內的藥---時曲線第十五頁，共68頁。藥效學研究Courveur(1984)、Kubiak(1989)、Verdun(1990)Bartoli(1990)、證實可提高抗癌藥的治療指數，降低耐藥性和毒性。張志榮（2000，2009），米托蒽醌納米粒，羥基喜樹堿脂質納米?？垢伟┬Ч岣?6%。第十六頁，共68頁。米托蒽醌納米粒的抑瘤效果第十七頁，共68頁。

毒性研究

載體材料的毒性

蛋白蛋白質的抗原性：降解產物的毒性：Lenaerts(1984),PACA2條降解途徑甲醛途徑、酶解途徑（氰基乙烯、醇）

肝臟線粒體毒性第十八頁，共68頁。靜注米托蒽醌納米粒后小鼠肝病理切片第十九頁，共68頁。Fig.1OverallsurvivalofHCCpatientstreatedwithDHAD-PBCA-NPorDHADinjectionThemediansurvivalofDHAD-PBCA-NPgroupandDHADinjectiongroupwere5.46monthsand3.23months.

臨床研究第二十頁，共68頁。幾個重要的研究熱點擴大載藥種類：疫苗類、蛋白類、治療基因Kreuter(1991):HIV1Ag、HIV2AgE.Esposito(1999):cationicmicrospheresN.J.Zuidum(1999):DNA-lipidcomplexes陸彬(2002):載基因腺病毒納米囊Leaf.Huang(2003):載基因LPD（2008）載SiRNALPD張志榮/孫遜(2006)：載基因PELGE納米粒孫遜（2008）：載腺病毒脂質納米粒第二十一頁，共68頁。

延長循環(huán)時間表面活性劑包裹：Illum等帶正電荷的物質包裹，肝臟攝取減少，脾和肺增加。

親水性物質包裹，肝、脾攝取減少。Dougles,對可生物降解的納米粒改變不明顯。

IgG包衣改變不顯著緩釋作用，如羥基喜樹堿

第二十二頁，共68頁。

如羥基喜樹堿納米粒：

Table1ThepharmacokineticparamatersofHCPT-PBCA-NPinrabbitplasmafteri.v.Administration

ParameterUnitValuesStandardError

Alphal/h4.7765992.58E-01

betal/h0.0047163.38E-03

V(c)(mg)/μg/ml3.548185

t1/2alphah0.145113

t1/2betah146.992081

K211/h0.445371

K101/h0.050688

K121/h4.286256

AUC(μg/ml)*h27.800825

CL(s)mg/h

(μg/ml)0.178751

第二十三頁，共68頁。

增加局部靶向

熱敏性--鄧英杰教授、科學院成都分院、華東理工大學、清華大學、天津大學

pH敏感性--裴元英教授，納米脂質體

表面化學修飾--如交聯半乳糖白蛋白納米球第二十四頁，共68頁。

如糖蛋白受體米托蒽醌白蛋白納米球A.米托蒽醌白蛋白納米球

B.米托蒽醌聯糖白蛋白納米球第二十五頁，共68頁。Time(min)

Fig2Concentration-timecurveofLiverafterDHAQ-MAand

Gal-DHAQ-AMivadministration

證實了網狀內皮系統對納米粒肝靶向分布起主導作用Distributionpercentage(%)第二十六頁，共68頁。

改變傳輸方向

如抗C-erbB-2單克隆抗體免疫米托蒽醌白蛋白納米球第二十七頁，共68頁。

圖免疫納米球的制備及其與乳腺癌細胞的作用第二十八頁，共68頁。免疫納米球與人乳腺癌細胞（SK-BR-3)的結合第二十九頁，共68頁。

胞內靶向Rolland氨卞青霉素納米粒慶大霉素納米粒萬乃洛韋聚氰基丙烯酸酯納米粒

第三十頁，共68頁。圖iv萬乃洛韋納米粒后小鼠肝細胞的電鏡照片

創(chuàng)新點：在國內初步證實了毫微粒可透過肝細胞第三十一頁，共68頁。改善難溶性藥物溶解性質納米粒釋藥系統2008年度國家973項目—張強教授張志榮教授等：喜樹堿衍生物、水飛薊濱、石蒜堿、細辛腦等脂質納米粒，均申請發(fā)明專利。其中羥基喜樹堿脂質納米已獲得發(fā)明專利授權，正在進行安全性評價研究。第三十二頁，共68頁。口服納米系統：Alpar等3只大鼠結果，1.1m納米粒，

39%出現在血循環(huán)中。

Nefzger、Spenlehauer放射標記測15%左右，但來源于降解碎片。Jani、Kukan4%在肝、脾中。

Florence（1999），用狗實驗，僅3%進體內。

眼部給藥納米粒：Wood、Fitzgerald等人匹羅卡品第三十三頁，共68頁。三、進入臨床的可能性納米遞藥系統的基礎和應用基礎研究已相當清楚。一些難關已攻克或接近攻克。磷脂構成的納米給藥系統可望在近年內推上臨床。高分子材料構成的納米給藥系統要上臨床和生產，還需要走漫長的路。第三十四頁，共68頁。四、需要解決的問題及思考

第三十五頁，共68頁。

一)、納米球的制備工藝與載藥量

聚合法：催化聚合：-氰基丙烯酸正丁酯為載體；

-射線輻照聚合:丙烯酸胺為載體；K2S2O3誘導:戊二醛為載體。分散法：天然聚合物分散：明膠，白蛋白，桃膠。合成聚合物分散：聚乳酸，EC、MC、CAP。吸附法：載藥機理及對載藥量的影響范德化力吸附：吸附方法影響，一步法，二步法，三步法。靜電吸附：zeta電位影響，米托蒽醌納米球：包裹法：載體材料種類影響載藥量。第三十六頁，共68頁。解決制備工藝復雜和載藥量低的思路

選擇適當的載體材料，聚乳酸，-氰基丙烯酸酯類，可生物降解、可靜電吸附、范德華吸附、包裹。

納米球表面包衣，如羥基喜樹堿-氰基丙烯酸正丁酯納米球。設法提高納米球的zeta電位。制備類脂納米?；騪harmacosomes。磷脂復合物脂質納米粒第三十七頁，共68頁。

二）、納米球臨床劑型問題

1．給藥途徑：注射、口服、滴眼、透皮；

2．制劑學上應解決的問題。注射：穩(wěn)定性（混懸均勻，不易沉降和聚沉）；口服：載藥穩(wěn)定性；透皮：釋放速度；吸收量。滴眼：在結膜上的吸附性質。

3．思路：注射：納米球用凍干劑，選擇良好的支架劑，以利再分散。

第三十八頁，共68頁。

三）、納米球劑的質量評價問題

除了常規(guī)的制劑學評價指標外，對這類制劑的特點和影響其質量的關鍵因素應注重以下幾方面的評價：

1．粒度及其分布評價：不同粒度、靶向性及生理作用不同。

2．包封率評價：游離藥物不能太多，建議以載上納米球的藥量與投藥量之比來表示，不能低于80%包封率。

3．載藥量評價：越大越好，建議以100mg納米粒載帶的藥物量為指標。此指標據所載藥物的單次劑量而定。第三十九頁，共68頁。

4．傳輸率評價：納米球所載藥物有多少能有效的傳輸到靶位。體外洗脫法評價，體內測定評價。5．靶向性評價：以靶向性指數（drugtargetingIndex）評價，以靶器官藥時曲線下面積與血藥曲線下面積之比來表示：DTI=1，平均分布，幾乎無靶向性，DTI必須大于1。6．藥效學評價：用常位動物模型評價。7．生物利用度評價：應以靶器官、靶細胞攝取的多少來評價，以進入血液的多少來評價是不合理的。這就需要測知靶位的藥時曲線。第四十頁，共68頁。1.引起毒性反應的可能機制

粒子大小減小，肺毒性增大誘導過氧化，引起氧化應激干擾線粒體通透性轉換孔道，誘導細胞凋亡不連續(xù)的晶格產生活性電子，與生物組織發(fā)生反應四）、納米粒的潛在毒性問題參考文獻:AndreNel,TianXia,LutzMadler,NingLi.ToxicPotentialofMaterialsattheNanolevel.

SCIENCE,VOL311,3,February,2006第四十一頁，共68頁。2.待考慮生物和生物動力學因素

粒子大小化學組成表明結構溶解性形態(tài)聚集性細胞攝取蛋白結合轉位組織損傷第四十二頁，共68頁。3.建議NM的病理生理和毒理學研究實驗NM效應可能的病理生理學結果活性氧簇生成實驗蛋白質，DNA，細胞膜損傷，氧化應激氧化應激誘導II相酶，炎癥，干擾線粒體線粒體損傷內緣膜損傷，通透性轉換孔道張開，能量障礙，凋亡，壞死，細胞毒作用RES吞噬肝、脾、淋巴結蓄積，器官膨脹失調蛋白變性、降解喪失酶活性，自身－抗原性第四十三頁，共68頁。核攝取DNA損傷，核蛋白聚集，自抗原神經組織攝取中樞和周圍神經系統的損傷巨噬細胞功能改變，“粒子過載”，調理素釋放慢性炎癥，纖維癥，肉芽瘤，炎癥物質的清楚障礙內皮細胞功能失調，對凝血的影響動脈粥樣化，血栓，中風，心肌梗塞新抗原產生，破壞免疫耐受自免疫，旁效應細胞周期改變增殖，細胞周期停滯，細胞衰老DNA損傷突變，轉化，癌變第四十四頁，共68頁。五）、載體材料問題納米粒作為藥物載體的困惑！納米粒作為藥物控釋、靶向載體，已有許多報道。有口服、肌注、埋植納米粒制劑用于臨床。無血管內注射用納米粒制劑面市。關鍵原因是沒有可供血管內使用的藥用高分子載體材料。第四十五頁，共68頁。藥物納米粒載體材料發(fā)展====早期應用血清蛋白等天然高分子，免疫原性問題。目前主要興趣是聚酯類合成可生物降解聚合物，如聚乳酸（PLA）、乳酸—乙醇酸共聚物（PLGA）等。

第四十六頁，共68頁。PLA和PLGA的優(yōu)點：降解產物無毒，生物相容性較好。分子結構中無肽鏈，無免疫原性。FDA已批準應用于人體內（包括肌肉注射）。缺點：毒性小分子物質滲出；血管內注射---凝血---血栓。第四十七頁，共68頁。

血管內注射納米粒存在的關鍵問題聚合反應催化劑的毒性大。材料的血液不相容性問題。任務據材料與血液的相互作用機制，設計合成系列生物降解高分子材料，并深入研究其生物學和藥劑學性質。意義可為研發(fā)血管內注射用的納米粒材料奠定基礎?？蔀榻鉀Q藥物納米粒制劑應用的關鍵問題提供依據。第四十八頁，共68頁。六）、藥物代謝動力學模型的問題

1．TDDS體內過程評價面臨的問題

靶向性評價依據問題

藥物曲線擬合問題，有時出現雙峰現象

生物利用度評價依據問題

給藥方案制定依據問題第四十九頁，共68頁。2．對這些問題目前國內外的解決辦法

靶向指數，1986年Gupta提出：DIT=給TDDSt時間靶組織的藥濃（或藥量）/給普通制劑t時間靶組織的藥濃（或藥量）DIT=給藥t時間靶組織的藥量/給藥t時間全身器官組織的總藥量

靶器官藥代動力學

第五十頁，共68頁。

血液藥代謝動力學

1989年，RollandA阿霉素納米球動物、人體藥代動力學。國內有5-Fu納米球；阿糖腺苷納米球；絲裂霉素納米球；鏈霉素納米球；甲氨喋呤，順鉑納米球。

以上這些方法的問題：測定靶器官藥濃困難；用血藥動力學評價不合理。第五十一頁，共68頁。3．思考和探討

思路血液是通路；可以用血液為取樣室。儀器的測定可行性；由血藥曲線推算靶藥曲線。第五十二頁，共68頁。

多室線性循環(huán)藥代動力學模型研究

設計思路:源于腸肝循環(huán)（G.M.Pollack，1991)

推求藥時函數式據血藥數據求靶器官的藥時曲線求靶器官的藥物動力學參數第五十三頁，共68頁。圖TDDS的多室線性循環(huán)代謝動力學模型

體內代謝動力學模型研究第五十四頁，共68頁。

模型的拉普拉斯表達式L(B)=(D/Vc.bcdef)/(abcdef-KaKgcdef-KaKiKjdef-KmKeKdKcKg.c-KmKeKdKcKiKj)L(T)=[D/Vc(cKg+KiKj)def]/(abcdef-KaKgcdef-KaKiKjdef-KmKeKdKcKg.c-KmKeKdKcKiKj)

a=s+Kg+Ki+Ku,b=s+Ka+Kc,c=s+Kj+Kf,d=s+Kd,e=s+Kef=s+Km,s是拉普拉斯算符。第五十五頁，共68頁。

模型的函數式Fb(t)=0.0011exp(-30.14t)+0.7570exp(-0.0033t)+2exp(-10.48t).[5.951cos(1.565t)-1.403sin(1.565t)]-2exp(3.534t).[0.8671cos(2.144t)-2.117sin(2.144t)]Ft(t)=3.682exp(-30.14t)+7.470exp(-0.0033t)+2exp(-10.48t).[-7.536cos(1.565t)+2.726sin(1.565t)]+2exp(3.534t).[0.8671cos(2.144t)-2.117sin(2.144t)]第五十六頁，共68頁。米托蒽醌納米粒在動物體內的藥---時曲線第五十七頁，共68頁。第五十八頁，共68頁。生理模型

A．設計思想：各房室之間（生理器官）之間是由血液聯系在一起，血流速率決定藥物在各房室（臟器）的分布，并設臟器中藥物的進、出均為線性。B．慶大霉素納米球體內代謝動力學模型

第五十九頁，共68頁。肺肝腎肌肉胃腸靜脈動脈心QLQL-QGIQGIQHQLQMQKCL慶大霉素PBCA納米球體內代謝動力學模型第六十頁，共68頁。C.數學處理寫出各室藥量變化微分方程：動脈（A）：dcA/dt=Q(CIU/KIU-CA)/VA靜脈（MV）：dCMV/dt=(QHCH/KH+QMCM/KM+QKCK/KK+QLCL/KL-QCMV)/VMV肺（Lu）:dCIU/dt=Q(CMV-CIU/KIU/VIU)心（H）：dCH/dt=QH(CA-CH/KH)/VH肌肉（M）：dCM/dt=QM(CA-CM/KM)/VM胃腸（GI）：DcGI/dt=QGI(CA-CGI/KGI/VGI)腎（K）：dcK/dt=[QMCA-(QK+CLK)CK/KK]/VK肝（L）：dcL/dt=[(QL-QGI)CA+QGICGI