21 纳米药物靶向给药类型Word文档下载推荐.docx
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另一方面，肿瘤区域血管内皮的生长状态及血管密集程度也可影响EPR效应的发挥。
粒径太小会被肾小球过滤，而粒径太大则不能透过肿瘤血管进入肿瘤组织。
图1-1被动靶向NDS体内递送
在被动靶向方法中，由于肿瘤和/或带有肿瘤的器官的环境条件实现了药物的局部递送。
众所周知，与正常组织相比，肿瘤微血管内皮显示出增强的泄漏，导致大分子的渗透性显著升高。
此外，肿瘤组织的特点是无效的淋巴引流。
上述特征的组合以及在肿瘤微环境中明显的高血管化导致低分子量药物与肿瘤中的高分子量纳米载体结合。
因此，肿瘤组织中大分子的上述积聚有可能“被动地”将化学药物制剂递送至肿瘤。
值得注意的是，这种预测的EPR效应的存在已经由许多类型的大分子抗癌纳米递送系统的实验证实。
理论上讲，任何高分子量水溶性药物载体，包括水溶性聚合物，脂质体和聚合物药物都应显示被动的肿瘤靶向。
然而，聚合物纳米递送系统在肿瘤中的积聚程度将是递送系统的尺寸、分子量、总体电荷和疏水-亲水特性的函数。
在肿瘤组织积累后，药物的大分子形式可以通过缓慢释放低分子量活性药物而充当储库。
治疗药物与药物的结合聚合物纳米载体可能会带来进一步的有益影响。
例如，多组分高分子前药递送系统可能会影响药物在体内的分布，由于控制和/或延迟释放而提高生物利用度。
与游离形式的药物相比，这种前药系统通常表现出降低的全身毒性。
涉及大分子载体的最早研究之一报道了将DNA用作两种肿瘤药物的载体：
柔红霉素和多柔比星。
研究证实，由于潜在的基因组改变，DNA具有有限的载体能力。
在后续研究中，作者通过可降解肽间隔基将柔红霉素与人血清白蛋白缀合。
该缀合物使得接种L1210白血病细胞的小鼠寿命增加200％。
2005年，紫杉醇成功的与人类白蛋白（品牌Abraxane）结合，在化疗中释放高度不溶于水的药物。
这种基于白蛋白的纳米制剂可以消除引起超敏反应的化学溶剂（如Cremophor）的使用。
在被动靶向的替代方法中，利用携带肿瘤和/或肿瘤环境的器官中的分子条件来促进药物从纳米递送系统释放。
这些条件包括但不限于特定的pH值，以及特定器官或肿瘤中某些酶的存在。
例如，通过配制具有特定涂层的片剂可以靶向结肠的药物递送，所述涂层在结肠中被结肠特异性pH和/或结肠特异性细菌识别。
这种方法的一个重要限制是针对整个器官，而不仅仅是肿瘤本身。
这可能潜在地引起严重的器官细胞毒性，除非利用肿瘤本身的选择性刺激（例如较低的pH）。
第三种被动肿瘤靶向方法基于将聚合纳米载体缀合的抗癌剂直接局部递送至肿瘤部位。
这种输送技术具有排除体循环中药物输送的明显优势。
尽管通过注射或手术程序可以实现某些肿瘤的局部递送，但是其他肿瘤（例如肺癌）难以获得局部药物递送。
为了克服这些障碍，几个雾化技术已经开发出来用于在肺部局部递送抗癌剂。
上述所有用于靶向纳米递送系统的聚合形式的“被动”方法都可用于增强肿瘤特异性递送药物。
但是，这些方法很少作为主要方法应用在目前的癌症治疗中。
优选的和更常规使用的技术涉及聚合形式的纳米递送系统的“主动靶向”。
在影响EPR效果的各种因素中，纳米药物的直径和循环时间被认为是最重要的。
颗粒的尺寸应该大于7-8nm和小于200nm，这有利于它们的外溢，从渗漏的肿瘤血管和保留。
此外，通常采用聚乙二醇化来实现延长纳米载体的血液循环，并因此减少网状内皮系统摄取。
此外，科学家也有利用了其他方法，包括正常化的肿瘤脉管系统以调节EPR效应。
尽管EPR效应的存在，大部分的纳米药物可能无法找到肿瘤部位。
在大多数情况下，纳米药物总剂量的90％或更多终止在肝脏或脾脏，引起不良的全身不良反应并导致低的治疗效果。
通常，被动靶向的纳米药物在人体的效果并不像动物体内效果好。
2主动靶向
主动靶向背后的主要机制是通过其靶底物识别配体。
代表性的配体包括抗体，蛋白质，肽，核酸，糖和小分子如维生素。
靶分子可以是存在于患病器官或细胞表面的蛋白质，糖或脂质配体功能化的纳米粒子系统与其靶抗原的作用通过纳米粒子结构的多价性质得以增强：
配体的多个拷贝增加纳米粒对其靶标的亲合力。
靶向特异性和递送能力是评估主动瞄准系统效率的两个重要方面。
特异性由配体官能化纳米粒的生物分布以及共轭配体和纳米粒系统如何与脱靶分子和细胞相互作用决定；
它由配体和纳米粒的性质定义。
对接能力与纳米粒材料和结构直接相关。
目前，积极有针对性的纳米粒被设想为EPR的补充，以进一步增强肿瘤纳米药物的效率。
主动靶向的纳米粒需要在其靶抗原附近识别并与之相互作用。
这种内在特征被认为是积极瞄准纳米粒发展的主要挑战。
纳米粒对靶向肿瘤抗原亲和力的增加不能总是补偿机体的清除速度。
因此，具备主动靶向功能的纳米药物递送系统需要同时具备长循环功能。
同样，因为分子靶点通常位于肿瘤的血管外空间，所以纳米粒依靠EPR效应到达靶标。
这也就解释了为什么主动靶向策略不能从根本上改变纳米材料的生物分布特征，以及为什么需要优化配体缀合的纳米粒的血液循环时间以达到最佳定位。
主动靶向已被有效地利用，以增加目标细胞的纳米粒内化，并提高其有效载荷的效率。
脂质体表面的抗HER2靶向部分强烈地增加了表达HER2的癌细胞中纳米粒的摄取。
相反，注射给携带非HER2表达肿瘤的小鼠后，脂质体被巨噬细胞高度捕获并显示与癌细胞的相互作用降低。
核酸的细胞内递送也可以利用主动靶向。
例如，Bartlett等人表明转铁蛋白受体的靶向对神经母细胞瘤异种移植物中萤光素酶的沉默是必不可少的。
显然，纳米粒细胞内运输是复杂的，受体介导的内化可以定性影响囊泡运输。
有效靶向增加治疗效果的纳米粒将通过足够的内涵体逃逸或通过包封不透水的药物来规避这些问题从而到达溶酶体环境。
最近进行了体外研究，用单一纳米粒靶向伴随的多表面受体。
两种配体（靶向叶酸的配体结合EGFR抗体或葡萄糖似乎在数量上改善了细胞内化。
体内评估非空间稳定化用抗体（抗转铁蛋白和细胞间粘附分子-1）功能化的聚苯乙烯纳米粒子似乎表明多重配体可影响生物分布。
但是，因为本研究中的纳米粒子与潜在的治疗性纳米粒（例如尺寸和疏水性）相距甚远，仍然很难评估这种方法是否真的有益于靶向癌细胞。
到目前为止，已经探索的潜在靶向部分包括单克隆抗体，多糖抗体及其片段，碳水化合物（半乳糖，甘露糖），肽/蛋白质（促黑素细胞激素，转铁蛋白，促黄体激素释放激素，生长因子），糖脂，维生素和其他配体。
使用这些靶向部分，可以将活性聚合物-药物缀合物选择性地转运到肿瘤组织中。
这些研究中的许多已经利用了化学免疫偶联物，其中药物与单克隆抗体直接偶联，或者使用聚合物载体与单克隆抗体形成药物-大分子偶联物。
例如，抗癌剂新制癌菌素（NCS）已经与抗人结肠癌相关细胞表面抗原的鼠单克隆IgG1抗体缀合。
NCS-单克隆抗体偶联物显示出对结肠和直肠癌患者的肿瘤生长的显著抑制以及比游离NCS更低的急性毒性。
在另外的研究中，NCS与TES-23共价结合，TES-23是一种高度特异性的抗肿瘤组织内皮特异性单克隆抗体。
TES-23-NCS偶联物诱导的肿瘤出血性坏死对大鼠/小鼠KMT-17纤维肉瘤显示出显著的抗肿瘤活性。
此外，用这种免疫缀合物处理的小鼠表现出改善的存活率，没有可观察到的副作用。
这些和其他研究清楚地表明，主动靶向增强了纳米递送系统聚合物在癌细胞中的集聚，从而增加施加的剂量以实际穿透癌细胞。
这可能反过来导致药物细胞毒性的显著增加，从而导致更有效的抗癌活性。
上述EPR效应导致的被动靶向作用使NDS在肿瘤组织处富集，为进一步增强肿瘤细胞对NDS的摄取，可对NDS表面进行主动靶向配体修饰，使其通过识别肿瘤细胞（或肿瘤部位血管表皮细胞）表面特异性的受体，以受体-配体介导的内吞方式进入细胞（图1-2）。
相较于单纯的被动靶向效应，主动靶向NDS具有更强的特异性，可显著增加肿瘤细胞内药物浓度。
图1-2主动靶向NDS体内递送
常见的主动靶向配体包括以下几类：
表1-1肿瘤靶向配体
配体种类
配体举例
受体
NDS种类举例
靶向肿瘤
小分子类
叶酸
叶酸受体（FR）
纳米粒、脂质体等
乳腺癌等
半乳糖
去唾液酸糖蛋白受体
纳米粒、胶束等
肝癌
多肽类
RGD
αvβ3整合素
胶束
肺癌
NGR
氨肽酶N/CD13
大分子蛋白类
ApoB蛋白
低密度脂蛋白受体
纳米粒
转铁蛋白
转铁蛋白受体
乳腺癌
单抗类
CD147单抗
CD147受体
曲妥单抗
HER2
主动靶向NDS虽然在近年来取得较大进展，但依然面临诸多问题。
一方面，靶向配体的种类、修饰部位、修饰量，配体在循环系统中与血液成分的相互作用等，对主动靶向作用具有显著影响；
另一方面，有些肿瘤表面受体不具备良好的特异性，在正常组织处也有所表达，可能导致主动靶向NDS的潜在风险。
主动靶向是基于肿瘤细胞表面与正常细胞表面某些受体或抗原表达的差异性，通过配体．受体之间的高度亲和力，选择性地将药物导向至靶向部位发挥其主动靶向的作用。
目前，常见的主动靶向体包括小分子，蛋白、多肽等如叶酸（folicacid）、转铁蛋白（transferrin，Tf）、三种氨基酸构成的RGD多肽序列、糖类以及核酸配适体等。
在配体-受体与的结合具有明显的“四性”优点——特异性、饱和性、选择性、亲合性。
因此，与被动靶向相比，主动靶向存在更高的特异性靶向能力，不但可以增强纳米靶向递药系统对机体的作用效果，而且可减少纳米靶向递药系统中药物对正常组织的影响，甚至还可降低抗肿瘤药物对机体的毒副作用。
2.1多肽类介导的主动靶向给药系统
多肽是一种分子量小，由2-50个氨基酸组成的非高级结构。
当配体多肽与受体结合后，与多肽连接的纳米载体一般经受体介导内吞的方式进入细胞。
RGD肽是一类含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（Arg-G1y-Asp）的短肽，包括环RGD肽（cRGD）、内化RGD肽（iRGD）等。
Dubey等研究者成功制备出偶联RGD肽的氟尿嘧啶纳米微粒，并将此复合纳米微粒尾静脉注射于黑素瘤细胞的裸鼠中，其实验结果提示，在肿瘤组织内含RGD肽氟尿嘧啶纳米微粒的浓度比单纯氟尿嘧啶纳米微粒的浓度高出1.54倍，比氟尿嘧啶高9.1倍。
Wang等研究者在PEG长循环的聚酰胺胺（PAMAM）树枝状聚合物上将iRGD与其偶联，构建出iRGD-PAMAM，其细胞实验结果表明iRGD可提高PAMAM纳米载体在肿瘤组织中的穿透能力，增加PAMAM由肿瘤血管向颅内的脑瘤细胞渗透的能力，最终以增强抗肿瘤药物富集于肿瘤组织以增加其抗肿瘤效果。
此外，多肽还可以偶联金纳米粒制备具有靶向作用的造影剂载体。
Dixit等以转铁蛋白多肽靶向结合于金纳米粒（Tfpep-AuNPs），凭借Tfpep与脑胶质瘤表面过度表达的Tf的相互影响，促使其跨过血脑屏障并在原位脑瘤部位浓集。
故多肽是一种脑靶向递药或非侵入性脑部造影的优良载体，但是由于其稳定性差、半衰期短、需要多次给药才达到血药浓度、易造成患者耐受性差等缺陷限制其在临床上的应用。
2.1.1穿膜肽
物理靶向和基于抗原的化学靶向促进纳米粒子在靶向区域的定位，但是这些方法有时候并没有使纳米粒子很好的实现细胞内在化。
尽管一些特异性靶向通过受体介导的内吞的方式增强纳米粒子的细胞摄取，但是有一些效果不是很好。
穿膜肽（Cell-penetratingpeptides,CPPs）是多肽衍生自病毒结构，用来帮助纳米粒子进入细胞，如图1-39所示。
图1-39CPPsCPP-conjugatednanoparticlescanbeemployedtoincreaseentryintomultipletypesofceincludingnonphagocyticcells.
在众多穿膜肽中，被应用最多的多肽序列是富有精氨酸TAT多肽，来自HIV，现己大量用于纳米粒子表面来提高细胞摄取。
比如：
VijayA.Sethuraman等人制备了一个聚合物胶束，以聚L-乳酸（PLLA）作为疏水核，以PEG接枝TAT作为亲水壳，用于有效地提高纳米粒子的细胞摄取。
共聚焦显微镜和流式结果表明在胶束表面修饰TAT帮助纳米粒子转移到细胞内，并且进入细胞核内，可以作为高效的药物载体。
JesusM.delaFuente等人也得到了相似的结果，他们制备的TAT多肽修饰金纳米粒子（Au@Tat）可以穿过人类成纤维细胞的细胞膜并富集到细胞核中。
但是，AlexanderG.Tkachenko等人设计的另一种TAT多肽修饰金纳米粒子可以通过内吞进入细胞，但没有进入NIH3T3细胞或HepG2细胞的细胞核内。
此外，只有CPPs时，可能能够提高纳米粒子的细胞摄取，但可能仍然会限制纳米粒子特异性靶向组织。
DikranSarko等人报道从药物代谢的实验中看出，将穿膜肽接枝到DOPA上可以进入所有的主要器官。
因此，可以通过多靶向来解决这方面的问题。
2.1.2生物素
在众多癌症靶向单元中，生物素受到了科学家以及药物团体的高度关注，这是因为它非常简单的生物化学结构，低分子量和高的肿瘤特异性。
生物素，又叫维生素B7或辅酶R，是由脲基（四氢嘧啶）环与四氢噻吩环稠合而成。
由于在快速增殖的恶性细胞表面有过度表达的生物素特异性摄取系统，因此生物素或生物素共轭物可以很好的整合到肿瘤部位，促使特定癌细胞更多的摄取大分子如蛋白、聚合物、有机纳米粒子和无机纳米粒子等。
另外，生物素和亲和素以及它的细菌配对物链霉亲和素都有很强的结合力。
在不同基团之间亲和素-生物素的桥接功能已经证明是用于广泛生物应用的很强适用性的工具。
这些优点使得生物素用于研究靶向特异性诊断和治疗的最好选择。
比如YuanZhefan等人报道了一个光激活肿瘤靶向药物载体（CPB-p-C）。
如图1-40所示，此载体是一个ABA型聚合物，将一个光敏感邻硝基苄基基团嵌入在PEG和十八醇酯之间，在水中形成胶束。
当把PEG接到胶束表面，PEG片段可以自行折叠，形成花型结构。
生物素配体被掩藏在胶束核中，其靶向功能被抑制。
当此胶束经光照射引起键断裂，释放侧面的烷基链，使生物素基团暴露在胶束表面，进而能够使生物素与细胞表面的受体特异性结合，被细胞摄取。
体外实验结果表明光的照射提高纳米粒子的细胞摄取并进一步提高了载药胶束对HeLa细胞的治疗效果。
图1-40（a）ThestructureofCPB-p-C.（b）Themechanismofillumination-activated,tumor-targetingaccessoryformicelle-baseddrugcarrier.
SayantiBrahmachari等人制备了一个新型生物素修饰的两亲性单壁碳纳米管（SWNT）作为药物载体，可以特异性靶向肿瘤细胞如图1-41所示。
具体是以酪氨酸为中心，分别在它的-COOH,-OH,和-NH2的末端接上亲水端PEG，疏水端长链C-16和生物素作为靶向单元。
这个生物素化的两亲性聚合物作为碳纳米管的分散剂，提高了SWNT在生物环境下的稳定性，细胞活性（Hela,HepG2,CHOandHEK-293）以及靶向特异性。
更重要的是，相比于CHO和HEK-293细胞，生物素化两亲性-SWNT分散体系更快将荧光材料输送到Hela，和HepG2细胞中。
因为CHO和HEK-293细胞表面没有过度表达的生物素受体，而Hela和HepG2细胞表面有大量的生物素受体可以与生物素结合，提高了细胞摄取。
此外，这个生物素化两亲性-SWNT分散体系还可以将抗癌药物特异性输送到Hela细胞中，进而杀死癌细胞，却不影响正常细胞（CHO细胞）。
这种受体介导特异性输送药物或探针到癌细胞可能仅仅是由于生物素化两亲性聚合物的存在。
图1-41PictorialrepresentationofthespecificdeliveryofdrugandbiomoleculeloadedSWNT-biotinylatedamphiphilenanoconjugateintocancercells.
2.2蛋白介导的主动靶向给药系统
蛋白介导的主动靶向给药系统以抗体、转铁蛋白为代表。
Tf系一种血清非血红素铁结合的糖蛋白，可辅助转运铁元素至增殖细胞中，并靶向于肿瘤细胞表面高表达的转铁蛋白受体，且具有一定的脑靶向功能。
Xu等己成功将Tf偶联于紫杉醇纳米粒上制备出靶向功能的纳米粒PTX-Tf-NPs，并发现其与单纯的紫杉醇纳米粒（PTX-NPs）相比，PTX-Tf-NPs对过表达转铁蛋白受体的HeLa细胞的杀伤能力高出1.34倍，而对无TfR的人脐静脉内皮细胞，PTX-Tf-NPs对人脐静脉内皮的细胞杀伤作用与PTX-NPs一致。
尽管上述蛋白类的主动靶向制剂在靶向运输系统中体现其重要价值，但是研究发现抗体在修饰的过程中可因其结构变化而失去其活性，容易受到血液循环中游离抗原的影响，并且具有耐药性、副作用、潜在的免疫原性等缺陷，很难在临床上的推广及应用。
2.2.1抗体
许多抗体作为纳米粒子靶向配体己经经过食物药品监督管理局认证，并且它们也很容易通过运用各种方法吸附或接枝到各种类型的纳米粒子上。
当抗体修饰的纳米粒子用于耙向脑部时，它可以克服血脑屏障（blood-brainbarrier,BBB）。
YesimAktas等人发展了一个有效的输送系统为大脑提供了足够的药物浓度进而避免细胞死亡。
他们利用亲和素（SA）-生物素（BIO）技术，将单克隆抗体OX26接枝到PEG化的壳聚糖上，形成阳离子纳米粒子（CS-PEG-BIO-SA/OX26）。
此纳米粒子可以和大脑内皮的负电荷发生相互作用，允许穿过BBB，达到治疗的目的。
2.3核酸适配体介导的主动靶向给药系统
由上述可知，抗体、多肽、小分子等配体均有不同的缺陷。
抗体通常对靶点具有高亲和力，但有高的免疫原性。
分子量小的多肽容易合成，但由于多肽在体内循环中容易被酶分解，因此不适合在体内应用。
随着基因干扰技术与纳米技术的交叉融合发展，核酸适配体Aptamer（Apt）的出现为纳米医学及生物医学带来了另一种新的靶向配体。
Apt是由人工合成的活性鸟嘌呤寡核苷酸（G—richoligonucleotides，GROs），其通过分子与分子之间及分子内部作用而形成的四链或者四联体结构。
核酸适配体的结构与靶点的结合与抗原．抗体结合的方式相类似，常是通过其形状特异相互识别结合，以更好的发挥其生物学功能的作用。
与其他的靶向分子相比，核酸适配体由于具有特异性强的靶标结合能力、高亲和力、免疫原性低、易于穿透肿瘤组织、易于大规模合成及体外修饰等优点，受到科学家的广泛关注。
由于纳米粒子在递药系统中具有特殊的优势，其大的表面区域可提供足够多的空间来结合核酸适配体，如图1．2所示。
核酸适配体可以和聚合物、无机纳米粒子、树枝状分子、脂质体、胶束等载体进行偶联作为纳米药物传递系统。
图1．2核酸适配体和纳米粒子偶联作为药物传递系统
（（A）碳纳米管、（B）氧化石墨烯、（C）金纳米粒、（D）介TL--氧化硅、（E）墨子点、（F）磁性纳米粒、（G）树枝状大分子、（H）脂质体、（I）胶束、（G）聚合物）
因此，Aptamer偶联的纳米递药系统与抗肿瘤研究中的作用密切相关。
从图1．3可见，核酸适配体ASl411的研究呈现逐年升高的趋势，由此可研究见ASl411的引起了研究者的重视。
同时，目前关于核酸适配体ASl411偶联的纳米递药系统有诸多，其研究结果均可提示AS1411能显著增加纳米递药系统对肿瘤组织的渗透性、靶向性ASl41l偶联的脂质体纳米递送系统、阿霉素封装入ASl411修饰的多分子层BSA纳米粒子等。
由此可见，上述研究提示核酸适配体ASl411偶联的药物递送系统在肿瘤临床治疗方面存在着广泛的应用价值及潜在的开发能力。
图1-3ASl411作为肿瘤靶向剂而刊出的出版物情况
图1-4ASl411的结构示意图
（A为尺寸排阻色谱显示在含钾溶液中形成了一些独特的ASl411四种；
B为ASl411的G-四链结构）
研究发现，ASl411可抑制多种肿瘤细胞生长，但是对正常细胞基本没有影响。
ASl41l除具有核酸适配体基本的特性外，ASl411还具有细胞摄取率高、血清核酸酶稳定、药物靶向性高等特点，因此常被成为⋯智能分子“靶头”。
研究表明，在对ASl41l的分子靶标研究中，核仁素（C23）是ASl411关键的分子靶标之一。
此外，在正常情况下，C23表达仅表达于正常细胞的细胞核，但是当在肿瘤细胞中，C23却表达在肿瘤细胞的细胞膜表面。
因为C23充当着类似蛋白、细菌、病毒的受体或配体的作用，它可从肿瘤细胞的细胞核异位到肿瘤细胞的细胞膜表面。
而且，多种生物学配体如核酸适配体可与细胞膜上的核仁素C23结合后可被转运入肿瘤细胞内，这在一定程度上体现了核仁素C23在“异位”过程起到分子伴侣的作用。
Hovanessian等研究发现胞浆核仁素转位至胞膜表面可以通过囊泡的形式，并与配体结合，使其配体向胞核转运的一种过程。
Joo等等研究结果也发现，C23可定位于细胞表面，并将C23视为表面受体以参与各种配体的结合。
更有研究发现，作为一种特异性配体ASl411，它可特异性结合肿瘤细胞高度表达的核仁素C23，并共同参与调节基因转录翻译，进而抑制肿瘤细胞的DNA复制以更好的发挥其抗肿瘤的作用。
2.4小分子介导的主动靶向给药系统
以叶酸（FA）、生物素、二磷酸盐等为代表的小分子物质具有安全性好、无免疫原性及易于修饰等特点，常用于肿瘤靶向递药系统的靶向配体，其中FA应用于纳米肿瘤靶向系统中最为广泛。
Wang等研究团队发现肝素紫杉醇纳米微粒经叶酸修饰后能够明显抑制耐药细胞株KB-8-5细胞的活性，与游离的紫杉醇
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