基于納米納米制劑的抗癌藥物納米給藥系統(tǒng)研究進展

基于納米納米制劑的抗癌藥物納米給藥系統(tǒng)研究進展

近年來，世界腫瘤的發(fā)病率已超過10個百分點，世界腫瘤的死亡率比前10年增加了45%。據(jù)WHO估計,2007年到2030年間,新癌癥病例將由2007年的1130萬例激增到2030年的1550萬例［1］。毋庸置疑,癌癥已嚴重威脅人類健康,給家庭和社會帶來沉重負擔,是當前醫(yī)藥學領(lǐng)域亟待攻克的難題。目前臨床最常用的腫瘤治療方法為化學療法、放射療法和手術(shù)療法。其中手術(shù)切除治療適合于腫瘤范圍較局限、沒有遠處轉(zhuǎn)移、體質(zhì)好的患者。而放射治療對腫瘤是否有效,取決于許多因素,如臨床時間早晚,腫瘤病理類型及其對放射的敏感性,患者整體狀況和腫瘤周圍情況等?；瘜W療法是將藥物經(jīng)血管帶到全身,對身體所有細胞都有影響,它是腫瘤綜合治療的重要手段,但藥物多是有害的,對正常細胞和惡性細胞都有毒性,因此往往缺乏特異性,>90%藥物被正常組織吸收,而僅2%~5%到達腫瘤部位［2］,這大大降低了藥效,并增加了副作用。近年來靶向制劑研究給腫瘤治療帶來了新的契機,它能將治療藥物最大限度地輸送到靶器官,而對非靶器官影響很小,從而達到高效低毒的治療效果,對腫瘤治療有重大意義。靶向制劑目前被認為是搭載抗癌藥的最適宜劑型。近年來基于納米技術(shù)的靶向給藥系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于疾病的預防、診斷和治療［3］,美國聯(lián)邦政府已計劃在2015年將分子水平使用納米技術(shù)減少癌癥的發(fā)生和死亡作為其治療和診斷的基本方式［4］,本文對腫瘤靶向納米制劑的最新研究進展進行綜述。1靶向聯(lián)合靶向納米制劑,是指粒徑在10~1000nm的納米藥物［5］。納米藥物由于納米粒度的小尺寸效應(yīng)而具有巨大表面能,因此納米藥物屬于熱力學不穩(wěn)定體系和動力學穩(wěn)定體系。納米制劑技術(shù)在藥物研究中的應(yīng)用正是基于它能改變藥物在制劑中存在狀態(tài)而使藥物表現(xiàn)出緩控釋性、靶向性等,從而提高藥物生物利用度,降低毒副作用,給藥物傳輸提供新途徑。基于納米技術(shù)的靶向給藥系統(tǒng),經(jīng)某種途徑給藥后,藥物通過特殊載體或修飾基團的作用特異性地濃集于靶部位。這些特殊載體包括脂質(zhì)體、納米粒、膠束和納米囊等,修飾基團包括抗體、糖蛋白、脂蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、多肽類、葉酸等［6］。例如,Dromi等［7］研究了高強度聚焦超聲對多柔比星非熱敏脂質(zhì)體和多柔比星低溫敏感脂質(zhì)體的影響,結(jié)果顯示能提高腫瘤抑制率;Yan等［8］制備了一種靶向多肽———環(huán)九肽(LyP-1)修飾的以聚乙二醇為載體的脂質(zhì)體,能特異性地靶向淋巴轉(zhuǎn)移性腫瘤;此外,采用聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolicacid),PLGA]等納米載體制備了紫杉醇和多柔比星納米粒等［9］;Wang等［10］制備了一種靶向腫瘤的多功能膠束;Dong等［11］制備了一種多重刺激應(yīng)答的聚合物膠束,能夠?qū)?、溫度、pH等產(chǎn)生應(yīng)答,在腫瘤治療上具有控釋作用;有研究采用超聲薄膜法制備了拉帕替尼/紫杉醇納米囊［12］,能夠克服腫瘤的耐藥性。靶向納米制劑可靶向特定組織和器官,使靶部位藥物濃度較高,并維持較長時間,療效顯著,可避免全身分布所引起的毒性反應(yīng),減少藥物用量。按照靶向機制,靶向給藥主要有被動靶向、主動靶向和物理靶向。被動靶向主要依賴于體內(nèi)的單核吞噬細胞系統(tǒng),載藥微粒進入體內(nèi)后利用腫瘤與正常組織間血管密度與滲透性差異而產(chǎn)生不同的體內(nèi)分布特征,或者被巨噬細胞作為異物而吞噬的自然傾向而產(chǎn)生靶向性。被動靶向微粒在體內(nèi)的分布取決于粒徑大小。主動靶向制劑通過修飾基團,如配體或抗體作為靶頭發(fā)揮主動尋靶的功能。物理靶向是利用物理作用引導藥物在體內(nèi)定向移動和定位集中,選擇性地集中在病灶部位,實現(xiàn)靶向給藥。包括磁靶向性、動脈栓塞靶向性、熱靶向性,以及pH敏感靶向性等,后兩者主要適用于制備熱敏脂質(zhì)體和pH敏感脂質(zhì)體。靶向納米制劑的靶向作用與制劑粒徑有很大的相關(guān)性,<100nm的粒子可積累于骨髓;100~200nm的粒子可富集于實體腫瘤部位0.2~3μm的粒子一般被肝和脾中的巨噬細胞攝取;>7μm的微粒通常被肺毛細血管床截留,進入肺組織或肺氣泡［13］。因此,不同納米制劑由于其藥物存在狀態(tài)如粒徑大小、表面電荷等差異,表現(xiàn)出不同靶向作用。納米技術(shù)近年來發(fā)展迅速,特別是進入20世紀后出現(xiàn)了多種納米制劑形式,依據(jù)納米粒子存在形式可將其分為納米載體制劑和納米晶體制劑2類(圖1)。1.1納米粒的生物利用技術(shù)納米載體制劑,是指借助于載體材料,將藥物尤其是細胞毒類藥物包載起來,使藥物分散在載體中納米化。早期納米藥物研究主要集中于納米載體制劑,如脂質(zhì)體、納米粒、微乳、膠束和樹枝狀聚合物等。1.1.1納米粒納米粒為粒度在納米數(shù)量級的固態(tài)膠體微粒,一般由天然或合成的高分子載體材料制成,可用于包裹疏水性藥物或親水性藥物。藥物溶解或者被包裹于納米粒中,在水中能形成近似膠體的溶液,具有緩釋性、靶向性和療效高等特點［14］。納米粒的直徑在1~1000nm,而最小的毛細血管內(nèi)徑為4μm,因此納米粒很容易通過人體的毛細血管,特別是通過非胃腸道途徑給藥后可以達到在特定組織或靶位釋藥的目的。納米?？梢愿淖兯幬镌隗w內(nèi)的分布和消除,在靜脈給藥后,一般可被單核吞噬細胞系統(tǒng)攝取,主要集中在肝、脾、肺和淋巴組織等,表現(xiàn)出被動靶向性。如一種5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil)肝靶向納米粒經(jīng)小鼠注射給藥后,藥物在血液中的保留時間延長,主要分布于肝臟,靶向效能增加31.33%［15］,具有顯著的肝靶向性和緩釋作用。另外,Li等［16］通過共沉淀法和吸附法制備了吉西他濱納米粒,在進行體外細胞毒性實驗時,納米粒組對人胰腺癌細胞的抑制率明顯高于游離藥物溶液組。通過調(diào)節(jié)納米粒的總氣體動力學中位數(shù)直徑(mediandiameter,MMAD)和微粒分數(shù)(particlefraction,FPF)可使納米載藥系統(tǒng)通過肺部吸入給藥以實現(xiàn)肺靶向［17］。Jacobs等［18］研制了布地奈德納米懸浮液,可通過肺部吸入之后駐留于肺中,且加入藥物載體之后可利用載體的生物黏附性增加駐留時間和降低清除率,使療效增強。多數(shù)抗腫瘤藥物難以穿過血腦屏障(bloodbrainbarrier,BBB),但納米粒經(jīng)過表面化學修飾后可產(chǎn)生特殊的腦靶向［19］,表現(xiàn)出主動靶向性。能夠穿過BBB的納米粒擁有靶向分子或者可以結(jié)合血的分子,這些分子能夠被大腦內(nèi)的受體識別,進而介導內(nèi)吞作用或跨膜轉(zhuǎn)運。例如,轉(zhuǎn)鐵蛋白、低密度脂蛋白(lowdensitylipoprotein,LDL)、胰島素、谷胱甘肽以及LDL受體蛋白質(zhì)(LDLreceptorprotein,LRP)-1和LRP-2［20］。特別是腦腫瘤細胞過度表達轉(zhuǎn)鐵蛋白、LDL和LRP-1［21-23］,因此,通過這些配體修飾的納米粒具有主動靶向腦腫瘤的功能。ANG1005是一種結(jié)合了LRP-1的紫杉醇納米粒,在Ⅰ期臨床試驗中,藥物在腦腫瘤中達到了治療濃度,并且在腫瘤中的濃度相對于血漿提高了379%［24］。納米粒還可以通過物理作用發(fā)揮靶向性。將藥物和鐵磁性物質(zhì)包裹起來制備成納米粒,利用體外磁場效應(yīng)引導藥物在體內(nèi)定向移動和定位集中［25］。常用的磁性物質(zhì)如Fe2O3,有研究將米托蒽醌與右旋糖酐共軛結(jié)合后再與Fe2O3包裹起來制備成納米粒,在小鼠體內(nèi)進行藥動學實驗,結(jié)果顯示,磁靶向納米粒能迅速到達并且駐留在腫瘤部位,磁靶向藥物在腫瘤部位的濃度要高于正常組織和血液［26］。目前納米粒以合成高分子材料為載體的研究最為廣泛,但自1976年Birrenbach等［27］首先提出納米粒的30多年來,這個研究領(lǐng)域沒有取得實質(zhì)性的突破,無論是口服制劑還是注射制劑都沒有產(chǎn)品上市。而以天然聚合物為載體的納米粒,如白蛋白、殼聚糖、明膠等作為載體的研究取得了突破性的進展,特別是2005年上市的白蛋白結(jié)合紫杉醇納米粒注射混懸液［28］,用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌聯(lián)合化療失敗后或輔助化療6個月內(nèi)復發(fā)的乳腺癌。其中,白蛋白是正常向細胞輸送營養(yǎng)的蛋白質(zhì),可積累于快速生長的腫瘤,因而白蛋白結(jié)合紫杉醇可定向釋放至腫瘤細胞。1.1.2脂質(zhì)體脂質(zhì)體是由磷脂和膽固醇組成的具有類似生物膜的雙分子層結(jié)構(gòu),能夠裝載各種性質(zhì)的藥物。普通脂質(zhì)體能被體內(nèi)單核吞噬細胞系統(tǒng)豐富的器官或組織作為外來異物吞噬,因而具有肝、脾組織靶向性,且經(jīng)過單克隆抗體或其他特異性抗體修飾的脂質(zhì)體能夠濃集于腫瘤部位,因此作為藥物載體具有靶向性和淋巴定向性。此外,脂質(zhì)體具有細胞親和性和組織相容性,可長時間吸附于靶細胞周圍,使藥物充分向靶細胞和靶組織滲透,還可融合入細胞內(nèi),經(jīng)溶酶體消化釋放藥物［29］。國內(nèi)外學者對脂質(zhì)體的抗腫瘤作用進行了大量的研究,利用其被動靶向的特點,在抗腫瘤藥物研究中取得了重要進展。如吡柔比星脂質(zhì)體與游離的藥物相比,可使肝臟中藥物濃度提高4倍,而心臟中藥物濃度降低一半,從而減少了心臟毒性［30］。近年來的研究主要關(guān)注于受體介導的脂質(zhì)體,即與脂質(zhì)體聯(lián)接的配體通過與靶細胞表面的受體相互作用,從而將藥物靶向至腫瘤部位,發(fā)揮主動靶向作用。例如,白蛋白-聚乙二醇多柔比星脂質(zhì)體［31］,與聚乙二醇脂質(zhì)體相比,可延長多柔比星在血液中的循環(huán)時間,減小心臟毒性,增加在肝和脾中的駐留時間。Koning等［32］在一個前藥脂質(zhì)體上共價連接鼠抗結(jié)腸癌CC531單克隆抗體形成的免疫脂質(zhì)體,可與CC531細胞特異性結(jié)合,比普通脂質(zhì)體有更強的細胞抑制作用。此外,還有利用物理靶向原理的磁性脂質(zhì)體、熱敏性脂質(zhì)體和pH敏感脂質(zhì)體。例如,柔紅霉素熱敏脂質(zhì)體在局部熱療(43℃,60min)后靜脈注射,藥物在腫瘤部位的聚集量比游離藥物大54倍［33］,可明顯提高抗腫瘤效果。脂質(zhì)體包裹的藥物可用于腫瘤、免疫等方面的治療。1988年第1個脂質(zhì)體藥物在美國進入臨床試驗［34］,目前,已有多種脂質(zhì)體藥物工業(yè)化生產(chǎn)并上市銷售［35］,如脂質(zhì)體多柔比星、脂質(zhì)體柔紅霉素和脂質(zhì)體兩性霉素等。其中多柔比星脂質(zhì)體是目前研究最多的抗腫瘤藥物脂質(zhì)體制劑。最早上市的多柔比星脂質(zhì)體是美國Sequus公司開發(fā)的多柔比星PEG化脂質(zhì)體(Doxil)［36］,將多柔比星包裹于聚乙二醇化的隱形脂質(zhì)體中,脂質(zhì)體可以有效地達到病變部位,主要用于治療復發(fā)性卵巢癌和人體免疫缺陷病毒引起的難以醫(yī)治的卡波濟氏肉瘤。另外2003年批準上市的多柔比星聚乙二醇修飾脂質(zhì)體(Caelyx)［37］能夠顯著降低心臟毒性,聚集于腫瘤組織。此外還有主要治療乳腺癌的多柔比星枸櫞酸鹽脂質(zhì)體注射液(Myocet)［38］。另一種抗癌藥物紫杉醇,其注射用紫杉醇脂質(zhì)體于2003年由美國藥監(jiān)督局批準在國內(nèi)上市［39］。1.1.3微乳微乳實際上是指納米乳,其分散相液珠小而均勻,一般在10~100nm。因其生物相容性好、生物利用度高,常作為抗腫瘤藥物的載體。微乳的脂肪乳滴不進入肝循環(huán),可以選擇性地大量集中于網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的巨噬細胞內(nèi),且對淋巴具親和性,因而在體內(nèi)具有淋巴靶向性。近年來自乳化釋藥系統(tǒng)在腫瘤藥物領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,主要表現(xiàn)為被動靶向性。將抗癌藥物制成水包油(W/O)型乳劑,可有效抑制癌細胞經(jīng)淋巴管的轉(zhuǎn)移或局部治療淋巴系統(tǒng)腫瘤。Karajgi等［40］制備的油包明膠納米球乳劑以明膠為材料,可以降低血藥濃度,不僅能夠提高淋巴結(jié)攝入量,而且具有緩釋性。此外,Lee等［41］將紫杉醇和聚乙二醇單甲醚-聚乳酸-羥基乙酸(mPEG-PLGA)二嵌段共聚物混合形成透明乳液的自微乳釋藥系統(tǒng),無聚集和粘連現(xiàn)象,粒徑分布集中,可以改善藥物在人體內(nèi)的分布,增強了藥物在淋巴系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的靶向性。膠束具有多種形狀,如球狀、棒狀和層狀等。濃度為1%~2%時,膠束呈球狀,大小約為2~10nm;濃度增大時,膠束逐漸呈棒狀、層狀,大小約為100~300nm。膠束結(jié)構(gòu)使混合體系成為穩(wěn)定的兩相分散體系。膠束具有熱力學穩(wěn)定和動力學穩(wěn)定的特點,并且可以脫水貯存。膠束在體內(nèi)具有長循環(huán)的特征,能夠?qū)⑺幬锇邢虻侥[瘤等組織［43］,表現(xiàn)出被動靶向作用。Koo等［44］將多西他賽與聚乙二醇三嵌段共聚物混合制備多西他賽膠束,體內(nèi)抗腫瘤評價結(jié)果顯示多西他賽膠束能夠明顯抑制荷瘤小鼠的腫瘤生長,能夠靶向腫瘤組織。近年來,聚合物膠束逐漸在藥物控釋、靶向等方面得到應(yīng)用?？蓪⒛z束偶聯(lián)靶向配體,實現(xiàn)藥物的定位傳遞［45］,發(fā)揮主動靶向性。Varshosaz等［46］通過自組裝制備了磁性雙靶向多柔比星膠束,由于其對腫瘤細胞有雙靶向作用,體外細胞毒性實驗顯示,能夠降低藥物的用量,降低副作用。由于膠束粒徑小、載藥能力強、具有主動靶向和被動靶向性等特點,是一種很有發(fā)展前景的藥物載體。1.1.5樹枝狀聚合物樹枝狀聚合物是一種新近發(fā)展起來的納米級聚合物,具有樹枝狀的骨架和球狀外形,樹枝狀分支的末端連接數(shù)目眾多的活性官能團。藥物既可以被包封在樹枝狀聚合物骨架內(nèi)部的空腔內(nèi),也可以化學偶聯(lián)在樹枝狀聚合物表面的官能團上。表面的官能團還能同時連接多種對機體某些器官、組織細胞有特異性相互作用的靶向配基,從而將包封的藥物或者偶聯(lián)的藥物帶到病變部位實現(xiàn)靶向治療。樹枝狀聚合物的粒徑很小,為1~15nm,偶聯(lián)藥物之后也不會>30nm,這樣的粒徑范圍使其具有較強的高通透、高滯留效應(yīng),從而對腫瘤組織實現(xiàn)被動靶向給藥［47］。關(guān)于樹枝狀聚合物的研究有很多,Imranul-haq等［48］設(shè)計了一種長循環(huán)樹枝狀聚合物,用作鐵螯合劑,使半衰期延長了484倍,并且在小鼠中沒有表現(xiàn)出毒性反應(yīng),將抗癌藥物與該聚合物結(jié)合在一起,可大大延長滯留時間,增加抗腫瘤效率。此外,可以在樹枝狀聚合物上引入靶向配基,發(fā)揮主動靶向作用。例如,抗癌藥物多柔比星采用聚酰胺-胺樹枝狀聚合物作為載體,在多柔比星和聚合物載體之間通過共價結(jié)合,引入了酸敏感的順烏頭酸酐和非酸敏感的丁二酸酐［49］,通過體內(nèi)外抗腫瘤活性研究證實,該偶聯(lián)物可延長體內(nèi)循環(huán)時間且增加腫瘤部位的積累量?？傮w而言,樹枝狀聚合物作為載體的抗癌藥物是有前途的實體瘤治療制劑。1.2納米晶體制劑納米晶體藥物制劑無需載體材料,是將純藥物形成亞微米顆粒的膠狀分散體系,主要依靠立體保護劑和電荷保護劑維持穩(wěn)定。納米晶體技術(shù)不僅適用于難溶于水的藥物,而且適用于難溶于水又難溶于油的藥物。將難溶藥物制備成納米晶體制劑能夠提高飽和溶解度和溶出速率,提高生物利用度［50］。納米晶體制劑劑型多樣,可以先制備成納米混懸劑,再通過流化床干燥、噴霧干燥或冷凍干燥等進一步固化,制備成片劑、膠囊和微丸等,也可制備成注射用凍干粉針。用于腫瘤治療的納米晶體制劑多為注射給藥,特別是需要高劑量的藥物,納米晶體經(jīng)注射途徑給藥具有顯著優(yōu)勢,且表現(xiàn)為被動靶向性。例如,紫杉醇的上市制劑含有聚氧乙烯蓖麻油而易引起超敏反應(yīng),減小用量又不能充分發(fā)揮治療效果。將紫杉醇制備成納米晶體之后,以荷瘤小鼠為實驗動物,耐受劑量從30mg/kg提高到90mg/kg,且以耐受劑量給藥后耐受性良好,無動物死亡且腫瘤質(zhì)量明顯降低,而對照組注射液的死亡率為22%,腫瘤質(zhì)量無顯著減?。?1］。此外,Zhang等［52］對喜樹堿納米晶體的抗腫瘤作用進行研究,抑瘤效率高于游離藥物,在荷瘤小鼠體內(nèi)分布實驗中,納米晶體組在腫瘤部位的藥物濃度顯著高于游離藥物組,且體內(nèi)循環(huán)時間長,顯示了納米晶體對腫瘤的靶向作用。此外,還可以對納米晶體表面進行修飾,從而實現(xiàn)其主動靶向性。例如,用吐溫80對阿托伐他汀納米晶體進行表面修飾［53］,使其與載脂蛋白E更易結(jié)合,腦靶向性更好。將氣霧劑與納米晶體技術(shù)結(jié)合,可使氣霧劑更易深入肺部,且納米晶體具有一定的生物黏附性,