新型纳米棒药物载体的合成及性能研究进展

随着纳米技术在生物医学领域中的广泛研究， 功能纳米材料已在免疫检测、基因研究、生物分离、 癌症诊断等方面得到了人们的极大关注[1-2]。纳米材 料作为药物载体拥有低毒高效、循环半衰期长等优 点，且在靶细胞处可具有更强的通透性和滞留效应， 现已被广泛用于药物控释及癌症诊疗等纳米医学领 域[3-4]。当前，基于纳米颗粒（如脂质体、凝胶束、 金纳米粒子、聚合物纳米粒子）和碳纳米管[5]的药 物载体已有大量研究且少量被商业化，然而智能控 释、靶向运输、载药容量、生物相容性及刺激响应 性等依旧是纳米载体研究中亟待攻克的关键问题。 人们在探索这些问题的过程中，发现棒状纳米药物 可通过能量依赖和分散作用的机制被细胞摄入，表 现出更好的药物代谢动力学性能和更佳的抗肿瘤作 用[6-7]。且有研究表明，纳米载体的形状、尺寸、表 面基团、沉降及扩散等因素对其在细胞中的摄入效 果有很大影响[8]。纳米棒作为一种新型纳米载体具 有更大的相对表面积、更快的细胞通透性、更大的 载药量、更长的血循环时间和更高的细胞摄入率， 在癌症治疗等方面要比常见的零维纳米载体更加有 效[9-10]。有关纳米棒载体的研究在近几年才逐步发 展起来，本文就对纳米棒载体的研究进展进行了综 述，重点介绍了金纳米棒载体的合成及性能，以期 为今后纳米棒载体的深入研究提供参考。
1 基于 Au 纳米棒的药物载体
1.1 Au 纳米棒载体 在各种无机棒状纳米载体中，金纳米棒
（GNRs）因其奇特的光学及电子性能已成为生物 医学领域中的研究热点。金纳米棒作为药物载体一
般具有以下几方面的优点：①金纳米棒具有独特的 径向表面等离子体共振效应，能吸收红外光并将其 转变为热量，进而在靶向传递、光热治疗、光学成 像及 CT 造影等方面发挥积极作用[11]，这种光热效 应可通过纳米棒的长径比及环境位点进行调节，进 而获得更宽的光谱范围和更好的生物传感功能；② 金纳米棒在细胞成像时具有很强的双质子活性，可 有效避免在光辐射下产生的光闪烁或光漂白[12]；③ 金纳米棒表面易功能化，经特定聚合物修饰后，可 有效增强其与抗癌药物间的静电作用，这种静电作 用不仅易形成、成本低，而且有利于载药容量的提 高和药物释放的调控[13]；④金纳米棒具有较大的比 面积和表面能，可有效提高其与有机配体、抗癌药 物及生物大分子（如 DNA、siRNA、抗体等）之间 的连接[14]；⑤金纳米棒拥有较好的生物相容性，易 通过 Au—S 键与细胞发生关联[15]。可见，金纳米棒 具有优异光学性能、可调长径比及易生物功能化等 优点，可集药物传输和光热治疗于一体，发挥协同 的抗癌效果。然而，为提高金纳米棒的载体性能， 在合成过程中一般需要进行相应的工艺处理，如图 1 所示。
图 1 基于金纳米棒载体的一般合成工艺
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化工进展
2017 年第 36 卷
成不仅可以促进金纳米棒对甲氧檗因的负载，而且 可以利用该键在低 pH 或高温下不稳定的特性，实 现金纳米棒对药物的酸敏性和光敏性控释。 PACARDO 等[22]以光敏性的氮杂右旋糖酐为“帽试 剂”、叶酸为靶向试剂、环糊精为功能化试剂巧妙 设计出的一种多功能金纳米棒。研究发现该体系中 的氮杂右旋糖酐起到酸敏性分子开关的作用，叶酸 可有效提高金纳米棒对 Hela 细胞的靶向性，该载体 不仅可在紫外光下释放阿霉素，而且能发挥热疗作 用，故而有效提高了其抗癌效果。有研究发现，功 能化的金纳米棒还能集诊断和基因治疗于一体，如 美国学者研究出一种基于金纳米棒的酸性纳米载体 可同时传输 DOX 和 siRNA，在化疗的同时实现了 siRNA 介导的基因抑制。并发现相比 Au-DOX 纳米 棒载体，Au-DOX-OCT（奥曲肽）纳米载体表现出 更高的 BON 细胞摄入率，靶向 Au-DOX-OCTASCL1 siRNA 对 NE 癌细胞表现出更高的基因抑制 作用[23]。为实现对刺激响应的精准控制，最近， CHEN 等[24]成功利用聚醚酰亚胺（PEI）将 DOX 和 DNA 两种靶向分子同时构筑到金纳米棒载体上，一 方面利用 Na2S2O3 与金纳米棒反应引发 DOX 的释 放，另一方面利用局部近红外光辐射引发 DNA 的 释放，从而实现了对金纳米棒载体的选择性连续 控释。
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化工进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2017 年第 36 卷第 9 期
新型纳米棒药物载体的合成及性能研究进展
李薇 1，赵一凡 1，曹媛媛 1，胡平静 1，李祥子 1，2
（1 皖南医学院药学院，安徽 芜湖 241002；2 江苏大学化学与化工学院，江苏 镇江 212013）
201510368040，201510368121）。 第一作者：李薇（1988—），女，硕士研究生。联系人：李祥子， 博士，教授，研究方向为功能纳米材料，E-mail：li-xiang-zi@163.com。
第9期
李薇等：新型纳米棒药物载体的合成及性能研究进展
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distribution and immune clearance were also introduced. Finally，the outlook on the development of nanorods carriers was presented. Future research on nanorods carries maybe focus on multiple stimuli-responsive heterogeneous carries based on nanorods，hollow nanorods carries and nanotube carries. Key words：nanorods carriers；composites；nanomaterials；distributions；cytotoxicity
收稿日期：2017-01-23；修改稿日期：2017-03-23。 基金项目：安徽省高校自然科学基金重点项目（KJ2015A158）、安徽 省高校优秀青年人才支持计划重点项目（gxyqZD2016169）、中国博 士 后 科 学 基 金 面 上 项 目 （ 2015M581731 ）、 江 苏 省 博 士 后 科 研 资 助 计划项目（1501066C）及大学生创新创业计划项目（201610368119，
摘要：纳米棒拥有独特的结构、优良的性能和重要的生物医学应用价值，已逐步成为一类新型药物载体。本文
介绍了近年来纳米棒作为药物载体的相关研究，分别对金纳米棒、羟磷灰石纳米棒、介孔硅纳米棒等典型药物
载体的制备和应用进行了详细阐述，重点分析了金纳米棒、Au@SiO2 复合纳米棒、Au@C 复合纳米棒以及中空 金纳米棒等药物载体的一般合成工艺，简述了这些基于金纳米棒载体的表面修饰、功能化、负载及控释技术。
Fabrication and properties of novel nanorods drug carriers
LI Wei1，ZHAO Yifan1，CAO Yuanyuan1，HU Pingjing1，LI Xiangzi1，2
（1The School of Pharmacy，Wannan Medical College，Wuhu 241002，Anhui，China；2School of Chemistry & Chemical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，Jiangsu，China）
载体的发展进行了展望，认为基于纳米棒的多刺激响应型异质载体、中空纳米棒载体和纳米管类载体可能是今
后的研究热点。
关键词：纳米棒载体；复合材料；纳米材料；分布；细胞毒性
中图分类号：R318.08；R914
文献标志码：A
Hale Waihona Puke Baidu
文章编号：1000–6613（2017）09–3436–11
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613. 2017-0159
作为一种纳米药物载体，刺激响应性是载体智 能释药的重要条件[16]。为此，通常需对金纳米棒进 行表面功能化处理[17-19]。若利用硫醇化的聚乙二醇 （SH-PEG）和聚丙烯酸（PAA）对金纳米棒进行修 饰，然后负载阿霉素（DOX），可获得一种兼具药 物传输和荧光成像功能的 PAA-PEG-GNRs@DOX 生物探针，对癌细胞进行化疗的同时可实现光响应 诊疗[20]。CHEN 等[21]合成出腺嘌呤包覆的金纳米 棒，发现“腺嘌呤-甲氧檗因-腺嘌呤”特殊键的形
Abstract: Nanorods with unique structure，excellent performance and important biomedical applications value，have gradually become a novel drug carrier. The paper discussed the recent research progresses in nanorods drug carriers，including fabrications and applications of some typical drug carriers，such as Au nanorods，hydroxyapatite（HAP）nanorods， and mesoporous silica（MSP） nanorods. The general synthesis process of drug carries（Au nanorods，Au@SiO2 nanorods，Au@C nanorods，hollow Au nanorods）were primarily analyzed. The surface modification，functionalization，loading and controlled release of those carries based on Au nanorods were briefly discussed. The controlled-release properties of some familiar nanorods carriers were analyzed and compared. Three common release methods for nanorods carries were presented. Direct-release with the as-dispersed carries，is economical and practicable，but the required carrier dosage is large and easy to loss. The release method with dialysis bag requires the lower carrier dosage，does not need separation but needs to purchase dialysis bag. The third method，release in cuvette，is mostly used at photosensitive carriers. Furthermore，the size and in vitro cytotoxicity of nanorods carriers were discussed in detail，and their metabolism properties in vivo such as
随后对常见的纳米棒载体的药物控释性能进行了比较和评价，提出了 3 种常见的纳米棒载体缓释方式：一是载
体直接分散缓释法，该法经济易行，但所需载体用量较大且易损失；二是透析袋式缓释法，该法所需载体用量
较小、无需分离，但需购置半透膜；三是比色皿式缓释法，该法主要针对于光敏性载体。详细讨论了纳米棒载
体的尺寸和体外细胞毒性，并对纳米棒载体的体内分布、免疫清除等体内代谢性能进行了介绍，最后对纳米棒