囊泡作为药物载体的研究进展
细菌外膜囊泡研究进展
细菌外膜囊泡研究进展一、本文概述细菌外膜囊泡(Bacterial Outer Membrane Vesicles,简称OMVs)是近年来微生物学领域的研究热点之一,它们是由革兰氏阴性细菌外膜衍生出的纳米级囊泡结构。
OMVs在细菌生物学、感染机制、疫苗开发以及药物传递等多个方面都具有重要的应用价值。
本文旨在综述细菌外膜囊泡的研究进展,包括其结构特性、生成机制、功能与应用等方面的最新研究成果。
通过深入了解OMVs的生物学特性及其潜在应用,有望为未来的抗感染治疗、疫苗研发以及药物传递等领域提供新的思路和方法。
二、细菌外膜囊泡的结构与功能细菌外膜囊泡(Outer Membrane Vesicles, OMVs)是革兰氏阴性菌释放的一种纳米级膜囊泡,具有独特的双层膜结构,外层由细菌的外膜组成,内层则为周质空间。
这种结构使得OMVs能够携带并传递多种生物活性分子,如毒素、酶、DNA和RNA等。
在功能上,OMVs扮演着多重角色。
它们是细菌与宿主细胞间交流的重要媒介。
细菌通过OMVs向宿主细胞传递信号分子,进而调控宿主细胞的生理活动。
OMVs在细菌致病过程中发挥关键作用。
它们能够保护并传递毒素和酶至宿主细胞内,导致细胞损伤和疾病发生。
OMVs还参与细菌生物被膜的形成和维持,增强了细菌对环境的适应能力。
近年来,随着对OMVs研究的深入,人们发现它们在疫苗开发、药物传递和生物传感器等领域具有广阔的应用前景。
例如,利用OMVs 作为疫苗载体,可以高效地递送抗原至宿主细胞,诱导产生强烈的免疫应答。
OMVs也可作为药物传递系统,将药物精确地运送至病变部位,提高治疗效果。
然而,目前对OMVs的研究仍处于起步阶段,许多关键问题亟待解决。
例如,OMVs的精确释放机制、与宿主细胞的相互作用方式以及其在不同生理环境下的功能变化等。
未来,随着研究的深入和技术的发展,我们有望更加全面地了解OMVs的结构与功能,进而为疾病治疗和生物技术的发展提供新的思路和方法。
外泌体功能与临床应用研究进展
外泌体功能与临床应用研究进展外泌体是由细胞分泌的膜性囊泡,是细胞间通讯的重要介质,参与到细胞间生物信号的传递。
目前有5种公认且较为常用的提取外泌体的方法。
外泌体在临床疾病研究中突破性的进展主要体现在外泌体参与肿瘤疾病的进展、外泌体中的核酸或蛋白可以作为疾病的分子标志物、外泌体可以作为药物的载体进行靶向治疗等方面。
外泌体在疾病中行使的功能使其极具向临床应用的优势。
本文主要从外泌体的发现、提取方法优缺点及其在临床疾病功能的研究进展这三个方面加以阐述。
标签:外泌体;提取方法;外泌体与临床疾病1983年,外泌体首次于绵羊网织红细胞中被发现[1-2],1987年Johnstone 等[3]将其命名为“exosome”。
研究者最初认为外泌体是一种实验的人工制品、废物或死细胞的残留物[1]。
到20世纪90年代,Zitvogel等[4]和Raposo等[5]发现外泌体很可能是细胞间相互交流的一种新方式。
2007年,Valadi等[6]发现外泌体内携带有核酸(mRNA、microRNA等)和蛋白质,并可以被其他细胞捕获。
这一系列的突破性发现打开了外泌体研究的新篇章。
目前,外泌体提取方法各具特色,并能够得到用于研究的外泌体,因此外泌体研究在近几年呈现指数型上涨。
外泌体在临床疾病方面也有较多突破性的报道,这种纳米级的小分子有希望替代细胞治疗投入到临床应用之中。
1 外泌体定义与提取鉴定方法外泌体是携带核酸和蛋白质的直径为30~150 nm的膜性囊泡,外泌体表面表达CD63、CD9、CD81等表面标志物。
胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)为细胞分泌的由膜包裹的囊泡统称为胞外囊泡,其包括外泌体、外膜泡、微泡、微粒、凋亡小体和其他EV亚群。
外泌体起源于质膜循环途径中的膜腔或早期胞内体,这些膜腔或早期胞内体向内凹陷形成管腔内膜泡,进一步发展成为多泡小体,多泡小体在细胞内分子马达的牵引下与细胞表面融合,最终分泌出去[7]。
基于转铁蛋白受体(TfR1)的肿瘤与脑部疾病靶向治疗研究进展
基于转铁蛋白受体(TfR1)的肿瘤与脑部疾病靶向治疗研究进展人转铁蛋白受体(TfR1)在不同组织器官中普遍表达,其主要功能是协助转铁蛋白在细胞和血脑屏障内外转运,维持细胞铁平衡。
在肿瘤细胞中以及血脑屏障中,TfR1的表达水平明显高于正常细胞组织,因此,TfR1被认为是肿瘤靶向治疗和脑部疾病靶向治疗的重要靶点。
基于TfR1靶向治疗的药物载体主要有转铁蛋白(Tf)、抗TfR1抗体、TfR1结合肽,这些生物大分子能与TfR1特异性结合,结合之后可以通过受体介导的跨胞转运机制进入细胞或穿过血脑屏障。
将小分子药与这些载体偶联可以促进许多亲水性的化疗药物或神经治疗药物进入肿瘤细胞或血脑屏障,而许多中枢神经治疗性大分子则主要通过融合蛋白的方式与抗TfR1抗体连接转运进入中枢神经系统。
Abstract:Human TfR1 was universally expressed in different tissues. The major function of TfR1 was to facilitate delivery of transferrin across cells and blood-brain barrier(BBB). As a result, iron homo-stasis was maintained. TfR1 was recognised as a critical target for tumor and brain disease therapy due to its over expression in tumor cells and BBB. In recent years, drug carriers based on TfR1 recognition were developed such as Transferrin (Tf), anti-TfR1 antibody and TfR1 binding peptide. These carriers bind to TfR1 specifically and enter into cell or BBB through receptor mediated endocytosis. Chemicals conjugated with these carriers can be facilitated to enter into tumor cells and brain tissue. Therapeutic proteins can be engineered to fused with anti-TfR1 antibody and transported across BBB.Key words:TfR1; Tumor target therapy;Brain directed delivery1轉铁蛋白受体(TfR1)简介转铁蛋白受体(TfR1)是一种在不同组织和细胞系中普遍表达的糖蛋白。
聚合物囊泡的制备及作为药物载体的研究进展
" 4 7 4 "
I o n E x c h a n g e nd a A d s o r p t i o n
2 0 1 3年 1 O月
P E G具有优 良的生物 相容 性并抵制 蛋白吸 附和细胞粘 附的能力 , 使得含有 P E G 的聚合物囊泡拥有较 长的 循环时间。 自组装法制备聚合物囊泡因过程中不 需要模板的辅助而备受关注 - 8 ] 。
摘要:近年来 ,国内外对 聚合物 囊泡的应 用研 究十分活跃。聚合物囊泡是 由密 闭双分子层构成 的 、类似脂质体结构的一类 高分子 聚集体 与 小分子聚集体 相比,聚合物囊泡具有 稳定性 高、
通透性可设计、 同时 负载亲水和疏水性药物以及 可进一步功能化修饰等优点 , 使其在疾病诊 断、 药物 包埋与输送、 微反 应器等生物 医学领域具有广泛的应用 。 本文介绍 了聚合物囊泡的制备方
2 . 2 模板 法
德国马普胶体和界面研究所发展 了以无机或者有机胶粒为模板 ,在水中将分别带有正负电荷 的聚 电
K i m 等[ 1 1 ] 研究 了以葫芦脲为主体分子的 自组装 ,发展了一种合成纳米聚合物 囊泡 的新方法 。因葫芦 脲分子外缘带有 1 2个烯丙氧基 ,在紫外光照射下 ,可以发生光聚合和硫醇 的 自聚 ,由二维聚集体逐渐形 成囊泡 , 囊泡尺寸 由反应介质控制。 此方法的特 点是囊泡的形成和聚合反应 同时发生, 是一种原位 组装【 _ 。 此外, P a r k等[ 4 用瓜环 葫芦脲制备 了一种表面易被 功能基团修饰的稳定聚合物囊泡 , 并以阿霉素为药物模 板研究其释放 。这种囊泡 可作 为弱信号刺激 响应的多功能药物输送载体。
法及作 为药物栽体 的最新研究进展 。 关键词:聚合物囊泡; 自组装; 药物载体
脂质体药物载体的研究进展
图3 受体介导脂质体药物的细胞毒性
1.2 长循环脂质体
脂质体在血液中的稳定性是发挥药物载体作用的关键。血液中有多种破坏因素:高密度
脂蛋白(BCD)是破坏脂质体的主要成分,载脂蛋白易从BCD 上脱落并与脂质体磷脂结合,
且BCD 和脂质体易发生, 与磷脂的互换,脂质体膜形成孔洞;同时脂质体在血液中激活
补体系统,最终形成攻膜复合体,脂质体膜出现亲水性通道,引起药物渗漏和水、电解质的
图7 不同脂质体的抑制率
3 脂质体作为药物载体的控释
图8 不同脂质体包覆药物在组织中的浓度
药物缓释是通过控制药物的释放速率使药物可以长时间保持在相对高的浓度 ,相比于 非缓释药物有以下优点:1,可以减少药物在体内的降解和消除,保持长时间高浓度;2,减 少对正常组织的毒害;3,减少给药次数为病人提供方便13。 接下来本文会描述一些常见的 药物控释脂质体载体。 3.1 pH敏感脂质体
大量进入,最终渗透裂解脂质体;血清白蛋白与脂质体磷脂结合形成复合物,降低其稳定性;
血液中的磷脂酶可水解磷脂,该反应强弱由磷脂结构决定;脂质体进入循环系统后,未经修
饰的脂质体大部分运转至肝脏和脾脏等单核吞噬细胞系统丰富的部位,少量被肺、骨髓及肾
摄取;肝细胞膜受体对直接暴露于表面的磷脂负电基进行识别,因而脂质体首先被肝细胞吞
图10 不同药物载体小鼠肿瘤体积变化和存活时间,倒三角表示纯的OVA溶液组,正方形表示未修饰 的脂质体组,三角形和圆形都表示MGlu-Dex修饰的脂质体组,只是是不同的衍生物。
3.2 温度敏感脂质体 脂质体在由凝胶态转变到液晶结构的相变温度(Tm)时,其磷脂的脂酰链紊乱度及活动
度增加,膜的流动性也增大,这种结构的变化导致脂质体膜的通透性发生改变,脂质体内部 包封的药物借助于跨膜浓度梯度而大量扩散到靶器官中,在靶部位形成较高的药物浓度,对 周围的肿瘤细胞产生较强的杀伤作用,从而达到局部化疗的作用;而偏出相变温度时药物释
脂质体的研究进展及应用
脂质体的研究进展及应用作者:陈云灿刘帅刘小虎来源:《健康周刊》2018年第07期【摘要】脂质体是由脂质双分子层组成,内部为水相的一种闭合囊泡。
利用特殊的脂质材料或将脂质体进行修飾,从而赋予脂质体不同的特性使其作为药物载体是近年来新兴的一种研究领域,是涉及基础理论较多的一项新技术。
脂质体携带药物具有靶向性强、毒副作用小、半衰期长、运载量大等优点。
有关其研究很多,本文主要阐述脂质体作为药物载体的研究进展。
【关键词】脂质体药物载体靶向早在60年代初,英国Bangham等[1]发现,当磷脂分散在水中时能形成多层囊泡,类似于洋葱结构,且每一层均为脂质双分子层,各层之间被水相隔开,这种具有类似生物膜结构的双分子层小囊称为脂质体(liposome)。
近年来,随着生物技术的不断发展,脂质体的工艺逐步完善,脂质体在稳定性差、包裹药物量少等方面的问题逐一被克服。
本文对脂质体研究现状进行了综述,并总结了脂质体近来的应用。
1 脂质体的简介脂质体是磷脂分散于水相时,分子的疏水尾部倾向于聚集在一起,避开水相,而亲水头部暴露于水相中,形成具有双分子层结构的封闭囊泡。
在囊泡内水相和双分子膜内可以包载药物,类似于超微囊结构。
其一般由磷脂和胆固醇构成,是一种被广泛研究的药物递送系统。
制备脂质体的膜材料主要为类脂类成分,有磷脂和胆固醇等。
其中磷脂最常用。
胆固醇主要与磷脂结合,阻止磷脂聚集成晶体结构。
胆固醇趋向于减弱膜中类脂与蛋白质复合体间的连接,像“缓冲剂”一样起调节膜流动性的作用。
脂质体的制备技术较为成熟,传统方法主要有薄膜分散法、逆向蒸发法、乙醇注入法、高压均质法、超声法等;新开发的有薄膜分散—动态高压微射流法、动态高压微射流一冻融法、动态高压微射流—乙醇注入法、加热法、冷冻干燥法等。
脂质体的传统制备方法比较简单,适合小剂量制备,而不适合工业生产。
新型制备方法制备的脂质体具有包封率较高、粒径分布均一、无残留有机溶剂、可工业化大生产等优点,已经被广泛应用于食品、化妆品、药品等行业[2-6]。
脂质体主动载药技术研究进展
脂质体主动载药技术研究进展一、概述随着医药科技的飞速发展,药物传递系统作为连接药物研发与临床应用的关键桥梁,其重要性日益凸显。
在众多药物传递系统中,脂质体作为一种生物相容性好、毒性低、能够有效保护药物并提高药物靶向性的载体,受到了广泛关注。
脂质体主动载药技术,作为脂质体研究领域的热点之一,通过主动调控脂质体的组成、结构和功能,实现药物的高效、精准输送,为提高药物疗效、降低副作用、提升患者生活质量提供了有力支持。
脂质体主动载药技术的基本原理在于利用脂质体的特殊结构和性质,通过主动靶向和或主动转运的方式,实现药物的高效、精准和可控释放。
脂质体是由磷脂双分子层构成的纳米级囊泡,其结构与生物细胞膜相似,因此具有良好的生物相容性和细胞膜融合能力。
这种结构特点使得脂质体能够包裹水溶性或脂溶性药物,并在体内运输过程中保持稳定。
主动载药技术的关键在于利用细胞膜上的转运蛋白或受体,通过配体受体相互作用或主动转运机制,将药物定向输送到病变组织或细胞。
本文旨在对脂质体主动载药技术的研究进展进行系统性梳理和总结,以期为相关领域的科研工作者和从业人员提供有益的参考和启示。
将对脂质体主动载药技术的基本概念、原理及其发展历程进行简要介绍,为后续研究内容的展开奠定基础。
随后,将重点围绕脂质体主动载药技术的关键要素,如脂质体的制备工艺、药物的装载与释放机制、靶向性的实现策略等进行深入探讨。
还将对脂质体主动载药技术在不同疾病治疗领域的应用案例进行分析,以展示其在实际应用中的潜力和优势。
将对脂质体主动载药技术面临的挑战和未来的发展趋势进行展望,以期为推动该技术的进一步发展提供有益的思考和建议。
1. 脂质体的定义与特性脂质体(Liposomes)是一种由磷脂双分子层构成的纳米级囊泡结构,其内部可以包裹水溶性药物,而双层之间则可以容纳脂溶性药物。
自上世纪60年代被发现以来,脂质体因其独特的药物传递特性,在医药领域受到了广泛关注。
生物相容性与生物可降解性:脂质体的磷脂成分与细胞膜结构相似,因此具有良好的生物相容性。
抗肿瘤纳米药物载体的研究进展
抗肿瘤纳米药物载体的研究进展一、概述随着生物医学技术的飞速发展,抗肿瘤纳米药物载体已成为当前肿瘤治疗领域的研究热点。
纳米药物载体,作为一种新型的药物输送系统,以其独特的纳米级尺寸和特殊的结构形态,在肿瘤治疗中展现出巨大的应用潜力。
它们能够有效地提高药物的生物利用度、靶向性和稳定性,同时降低药物的毒副作用,为肿瘤治疗提供了新的策略和方向。
抗肿瘤纳米药物载体的研究涉及多个学科领域,包括纳米技术、生物医学、药学等。
研究者们通过设计不同结构和材料的纳米载体,实现对药物的精准输送和控释释放,从而提高肿瘤治疗的疗效和安全性。
已经实现包括纳米微粒、纳米胶束、树枝状大分子等多种结构的纳米药物载体的制备,并且这些载体所使用的材料也越来越多样化,如聚酯、蛋白质多肽等生物相容性良好的材料。
纳米药物载体的主要作用机制是通过与药物分子的相互作用,实现对药物的负载和保护。
在药物输送过程中,纳米载体能够通过改变其表面性质或结构,实现对药物释放速度、稳定性和靶向性的调控。
纳米载体还可以通过与肿瘤细胞表面的特异性受体结合,实现药物的精准定位,提高药物的局部浓度,减少药物在正常组织中的分布,从而减少药物的副作用。
尽管抗肿瘤纳米药物载体的研究已经取得了显著的进展,但仍面临着许多挑战和问题。
如何进一步提高载体的靶向性和稳定性,如何降低载体的制备成本,以及如何将其应用于临床实践中等。
未来的研究需要继续深入探索纳米药物载体的作用机制,优化其设计和制备方法,以期在肿瘤治疗中发挥更大的作用。
抗肿瘤纳米药物载体作为一种新型的药物输送系统,在肿瘤治疗中具有重要的应用价值和发展前景。
随着研究的不断深入和技术的不断进步,相信未来会有更多高效、安全的抗肿瘤纳米药物载体问世,为肿瘤患者带来更好的治疗效果和生活质量。
1. 肿瘤治疗的重要性与挑战作为一种严重危害人类健康的疾病,其发病率和死亡率在全球范围内均呈上升趋势。
肿瘤治疗的重要性不言而喻。
肿瘤治疗面临着诸多挑战。
纳米囊泡研究进展
脂质体作为抗癌药物的载体的优点
(1)保护所运载药物,提高药物的稳定性 (2)缓控长效作用; (3)降低药物毒性作用; (4)改变某种物理因素(例如改变病变部位的温 度等)能明显改变脂质体膜的通透性,促使 脂质体选择性的在肿瘤组织中释放药物 (5)脂质体对人体无毒性和免疫抑制作用,可 生物降解。
普通脂质体的缺点
CLSM images of a cell-sized organic–inorganic hybrid vesicle after the addition of FITC-PEGs (a) MW = 820 and (b) MW = 5300 g mol1. The vesicular membrane was stained with 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3phosphoethanolamine-N-(lissamine rhodamine B sulfonyl),ammonium salt (Rh-PE). The green and red signals correspond to the fluorescence from FITC-PEG and Rh-PE, respectively. Bar = 10 mm, [1] = 500 mM, at 25 1C.
超声分散法
• 向装有有机-无机复合脂质的圆底烧瓶中加入盐酸水溶液 ,涡旋振荡器振荡悬浊液,直到得到分散均一的乳液,这 步操作的主要目的是形成大小约为几百纳米的多室囊泡。 • 在高于23℃(多室囊泡的相变温度是23℃)的条件下用探头 式超声仪脉冲式超声处理所得的乳液,控制悬液的温度低 于70℃以防止溶剂蒸发。
此图为 有机-无机复合 脂质(1和2)的分子结 构和硅质体形成示意 图
涡旋混合制备的硅质体1(a, b)和2(c, d)的TEM图像,其中b、d是超 声后的图像 (3)
外泌体在风湿病中作用的研究进展
外泌体在风湿病中作用的研究进展作者:郭晓萱李大可来源:《风湿病与关节炎》2023年第10期【摘要】外泌体是一种纳米囊泡,不同类型的细胞均可以释放,在正常情况下可以从血液、尿液等多种体液中分离得到。
外泌体及其组成成分在细胞间通讯中起着重要作用。
现如今越来越多的研究已经证实,外泌体可以将其所含成分转移到受体细胞中,从而改变受体细胞的生物活性,与各种风湿病的病理生理过程有关,并在疾病治疗和诊断中有着潜在作用。
【关键词】风湿病;外泌体;微小RNA;研究进展;综述外泌体是一种直径为30~120 nm的由磷脂双分子层膜包裹的囊泡,可以参与细胞间的信息传递[1]。
外泌体的成分包括DNA、RNA、蛋白质及脂质物质,其中微小RNA (miRNA)是一种长度为21~23个核苷酸的单链非编码小分子RNA,在人体中通过转录后抑制蛋白质编码基因的表达参与多种生物学途径的调节[2]。
长链非编码RNA(lncRNA)是一类长度超过200个核苷酸的非编码RNA,与多种自身免疫性疾病的发生、发展有关。
近期的研究表明,外泌体或许可以作为疾病诊断和预后的新生物标志物,并为多种疾病提供新的治疗方向。
1 外泌体与类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)在RA的病理过程中,外泌体主要参与抗原呈递、炎性细胞因子和miRNA的传递以及成纤维样滑膜细胞(FLS)的激活[3]。
RA患者滑膜外泌体具有较高的破骨潜能,这可能导致了其特征性的骨质侵蚀[4]。
FLS来源的外泌体可显著诱导T细胞分化,使辅助性T细胞(Th17)增加,调节性T细胞(Treg)细胞减少,通过调节Treg/Th17平衡影响RA临床症状,因此,可以作为RA的潜在治疗靶点[5]。
程明等[6]实验发现,人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)来源外泌体miRNA-320a对CXC趋化因子配体9有负调控作用,从而抑制RA-FLS增殖和迁移能力。
外泌体来源的miR-155可能通过对趋化因子的调节而促进炎性细胞在RA滑膜中的募集和滞留,进而参与RA的发病[7]。
HDL_向肝转运的生物学基础及作为药物载体应用的研究进展
㊀基金项目:南京中医药大学大学生创新创业训练计划项目(No.103152022028)ꎻ#同为第一作者作者简介:金许曈ꎬ男ꎬ研究方向:生物制药ꎬE-mail:3118059627@qq.comꎻ江子贤ꎬ男ꎬ研究方向:生物制药ꎬE-mail:jiangzix ̄ian2002@163.com通信作者:田吉来ꎬ男ꎬ博士ꎬ讲师ꎬ研究方向:生物医药纳米技术ꎬTel:175****7982ꎬE -mail:JTian@njucm.edu.cnHDL向肝转运的生物学基础及作为药物载体应用的研究进展金许曈1#ꎬ江子贤1#ꎬ王馨怡2ꎬ田吉来2(1.南京中医药大学泰州校区ꎬ江苏泰州225300ꎻ2.南京中医药大学医学院 整合医学学院ꎬ江苏南京210023)摘要:仿生纳米颗粒给药系统在高效递释方面具有巨大潜力ꎮ而高密度脂蛋白(high-densitylipoproteinꎬHDL)作为天然纳米颗粒ꎬ具有高效运输性㊁高度安全性㊁特异靶向性和极强穿透性等特点ꎬ具有作为药物载体应用的潜能ꎮ仿生HDL的纳米药物传输系统研究越来越受到关注ꎮ本文综述了HDL的组成㊁结构㊁代谢等生物学基础及人工重构的HDL作为药物载体结构设计㊁制备方法及应用研究现状ꎬ以期为HDL药物载体材料的深入研究提供理论指导ꎮ关键词:高密度脂蛋白ꎻ逆向转运ꎻ清道夫受体ꎻ药物递送系统ꎻ纳米药物中图分类号:R943㊀文献标志码:A㊀文章编号:2095-5375(2024)04-0373-07doi:10.13506/j.cnki.jpr.2024.04.011ResearchprogressonthebiologicalbasisofHDLtransporttoliveranditsapplicationasdrugcarrierJINXutong1#ꎬJIANGZixian1#ꎬWANGXinyi2ꎬTIANJilai2(1.NanjingUniversityofChineseMedicineTaizhouCampusꎬTaizhou225300ꎬChinaꎻ2.SchoolofMedicine&HolisticIntegrativeMedicineꎬNanjingUniversityofChineseMedicineꎬNanjing210023ꎬChina)Abstract:Thedevelopmentofbiomimeticnanoparticledrugdeliverysystemsisanemergingfieldwithenormouspoten ̄tialforefficientdrugdelivery.Highdensitylipoprotein(HDL)ꎬasanaturalnanocarrierꎬpossessesfeaturessuchashightransportefficiencyꎬhighsafetyꎬspecifictargetingꎬandstrongpenetrabillityꎬmakingitapotentialdrugcarrier.TheresearchonHDL-basednanoparticledrugdeliverysystemsisincreasinglygainingattention.ThisarticlereviewedthebiologicalbasisofHDLꎬincludingitscompositionꎬstructureꎬmetabolismꎬanditscurrentstatusofresearchandapplicationasadrugcarrierofreconstitutedHDL.Theaimofthisarticleistoprovidenewideasforthein-depthstudyofHDLasdrugcarriermaterials.Keywords:High-densitylipoproteinꎻReversetransportꎻScavengerreceptorꎻDrugdeliverysystemꎻNanomedicine㊀㊀高密度脂蛋白(highdensitylipoproteinꎬHDL)是由多种生物大分子组成的有活性的天然纳米颗粒ꎬ其特殊的尺寸㊁形状和表面化学成分等特性影响着其重要生物功能的发挥[1-2]ꎮHDL能够逆向转运胆固醇到肝组织ꎬ体现了其向肝输运的功能ꎮ同时ꎬHDL具有粒径小㊁生物适应性和生理靶向性等特点[3]ꎬ作为药物载体可增强药物的稳定性ꎬ避免在递送的过程中被体内巨噬细胞或酶等降解ꎬ从而提高药物的生物利用度以及靶向性ꎮ为了大规模生产和避免血源性污染[4]ꎬ许多具有HDL生物学特性的重组HDL(reconstitutedHDLꎬrHDL)已被用于纳米颗粒药物载体合成和研究ꎮ1㊀HDL结构及其逆向转运胆固醇的生物学基础1.1㊀HDL的组成与结构特点㊀HDL具有密度大(介于1063~1210g L-1)而粒径小(~20nm)的特点ꎬ主要由脂质核心及外壳组成ꎮ其中ꎬ脂质核心主要由大量的胆固醇酯(cholesterylesterꎬCE)以及少量的甘油三酯(triglycerideꎬTG)组成ꎻ外壳则由游离胆固醇㊁磷脂(磷脂酰胆碱㊁鞘磷脂等)以及载脂蛋白(apolipoproteinꎬapo)组成ꎮ天然HDL的表面还存有某些酶ꎬ包括卵磷脂胆固醇酰基转移酶(lecithincholesterolacyltransferaseꎬLCAT)㊁对氧磷酶(paraoxonase)㊁胆固醇酯转移蛋白(cholesterylestertransferproteinꎬCETP)㊁急性期蛋白和蛋白酶抑制剂等ꎬ各成分共同参与HDL的代谢过程ꎮ1.2㊀HDL逆向转运胆固醇(reversecholesteroltransportꎬRCT)的过程㊀HDL逆向转运胆固醇的过程可分为3个阶段 接受㊁酯化和清除[5]ꎮ在RCT的第一阶段中ꎬHDL的载脂蛋白(主要是apoA1)通过与ATP结合盒转运蛋白A1(ATP-bindingcassettetransporterA1ꎬABCA1)相互作用ꎬ接受携带ABCA1的肝外细胞流出的胆固醇ꎬ成为新生HDLꎬ形如圆盘状[6]ꎻRCT的第二阶段是分布于新生HDL表面的游离胆固醇在LCAT的作用下发生酯化ꎬ而后转移至脂质核心处ꎮ圆盘状HDL随脂质核心中CE含量的增加及TG含量的降低逐渐转变为球形HDLꎬ继续接受来自低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白等颗粒的磷脂和游离脂肪酸而成为成熟HDLꎻHDL随血液转移至肝脏ꎬ进入RCT的第三阶段ꎮHDL通过apoA1结合于肝细胞膜B族I型清道夫受体(scavengerreceptorclassBtype1ꎬSR-B1)而被肝摄取ꎮ肝脏将由来自HDL的胆固醇转化为胆汁酸而排出ꎮ1.3㊀apoA1在RCT中的作用㊀RCT各个过程的进行离不开apoA1的作用ꎮ人成熟的apoA1分子是由243个氨基酸残基组成的单链多肽ꎬ其中包含着8个由22个氨基酸残基组成的两亲性α螺旋结构ꎮApoA1具有稳定肽链的功能ꎬ也具有高度的脂质亲和力ꎬ对天然HDL的大小和形状起着支撑作用[7]ꎮApoA1在RCT中还通过靶向结合ABCA1㊁SR-B1等发挥作用ꎮ1.3.1㊀apoA1与ABCA1相互作用促进盘状HDL的形成㊀产生于肠道或肝脏的无脂(或低脂)apoA1在生成后以ABCA1为靶点ꎬ与其结合并相互作用[8-9]ꎬ介导肝外细胞的磷脂和胆固醇流出ꎮ由于apoA1具有与磷脂相互作用的内在能力ꎬ其两亲性α-螺旋的疏水面与新获得的胆固醇和磷脂接触ꎬ发生了剧烈的构象变化ꎬ将自身与磷脂组装成圆盘状双分子层颗粒[9-10]ꎮ圆盘边缘暴露的脂质通过与apoA1两亲α-螺旋的疏水面相互作用而稳定ꎮ1.3.2㊀apoA1与LCAT相互作用促进球形HDL的形成㊀新生HDL表面的游离胆固醇在LCAT的作用下发生酯化ꎬ而后转移至脂质核心处ꎮApoA1作为LCAT的激活剂ꎬ促进着这个过程的发生[11]ꎮ随着CE在脂质核心中含量增加ꎬ新生盘状HDL逐渐转化为球形HDL颗粒[12]ꎮApoA1经历了从接触盘状HDL双分子层边缘的脂酰链到嵌入球形HDL表面磷脂的极头基团过程的显著变化ꎬ其具体机制尚不明了[9]ꎮ1.3.3㊀apoA1靶向SR-B1促进胆固醇的肝内摄取㊀SR-B1是在分子水平上确认的HDL的第一个天然膜受体ꎬ对apoA1具有较高的亲和力ꎮSR-B1主要表达在肝脏㊁肾上腺㊁睾丸和卵巢组织ꎬ此外血管内皮细胞㊁巨噬细胞以及平滑肌细胞等细胞上也存在SR-B1ꎬ肝脏SR-B1最多ꎮ球形HDL表面的apoA1通过其α螺旋与SR-B1结合ꎬ促进肝细胞选择性地摄取HDL内的CE[13]ꎮ同时ꎬSR-B1也介导未酯化胆固醇在脂蛋白和细胞之间的双向流动[14]ꎮ2㊀重组HDL(reconstitutedhighdensitylip ̄oproteinꎬrHDL)㊀㊀内源性HDL在体内循环并向肝递送胆固醇具有诸多优点[12]:①超小的尺寸使其容易透过血管壁ꎻ②有特定的受体ꎬ包括SR-B1㊁ABCA1㊁ABCG1等ꎬ促进其在靶细胞摄取ꎻ③表面嵌有的apoA1使它们具有结构稳定性ꎬ并增加其在血液中的溶解度ꎻ④不被网状内皮系统识别ꎬ清除作用时间较长ꎻ⑤生物相容性和可降解性以及免疫惰性ꎮHDL的这些显著特点激发了人们对重组高密度脂蛋白(reconsti ̄tutedHDLꎬrHDL)作为药物输运载体研究的极大兴趣ꎮrHDL的结构设计包含表面支架㊁形状㊁大小和脂质组成等多种要素ꎮrHDL不同结构设计的示意图如下图1所示ꎮ2.1㊀表面支架(scaffold)㊀apoA1作为表面支架ꎬ具有rHDL形态支撑作用ꎬ在体外仍然能将磷脂双分子层囊泡转化为rHDLꎮapoA1的来源可从人血浆中分离获得ꎬ但具有免疫原性反应的风险[15]ꎻ或者利用基因工程手段获得大肠杆菌表达的apoA1重组蛋白ꎻ最近有学者开发了分子量较小㊁免疫原性较低的apoA1模拟肽ꎮSegrest等[16]模拟内源性apoA1的两亲性螺旋结构合成了长18个氨基酸的单螺旋肽ꎬ其中3到7号氨基酸残基为Pheꎮ与apo图1㊀各种不同rHDL结构设计㊀注:不同的rHDL设计参数包括支架(可以是几种全长载脂蛋白或模拟多肽)㊁形状(可以是盘状或球形)㊁尺寸大小和所含脂质ꎮrHDL可由不同磷脂(蓝色/红色表示)和不同载脂蛋白(绿色表示)或多肽(橙色表示)构成的支架组成ꎮA1相同ꎬ模拟肽通过ABCA1刺激胆固醇和磷脂外排ꎬ形成盘状rHDL颗粒[15]ꎮIslam等[17]证实ꎬ一种两亲性的只含有Glu㊁Leu㊁Lys或Ala的 ELK 肽具有广泛的疏水性和净电荷ꎮ对于 ELK 肽ꎬABCA1依赖性胆固醇外排水平与其电荷有关ꎬ净电荷为零时达到最大ꎮ多项研究表明增加rHDL中apoA1的含量可增强其对氧化低密度脂蛋白的抗氧化活性[18]ꎮ而apoA1中Met112被氧化后则其抗氧化活性受到抑制但增强了对胆固醇外流的效率[19]ꎮ2.2㊀形状㊀rHDL在形状上分为两大类ꎬ即盘状rHDL和球形rHDLꎮ通过使用全长apoA1或其模拟肽与磷脂组合ꎬ较易制备出盘状rHDL(具体制备方法见本文 3.1 项下)ꎮ球形rHDL由装载CE和TG和/或疏水药物的核心和含有载脂蛋白的脂质单分子层外壳构成ꎮ由于需要坚固和稳定的核心材料ꎬ球形rHDL通常较难合成[20]ꎮ研究者探索制备了金属实心的球形rHDLꎬ如被脂质和载脂蛋白/多肽包裹的金核心[21-22]ꎮ2.3㊀磷脂和rHDL大小㊀rHDL类型的多样性还来自于rHDL的粒径大小和其处方中使用的磷脂类型ꎮ许多类型的rHDL粒径接近7~13nmꎬ但也有一些甚至超过100nm[23]ꎮrHDL的尺寸大小通常与磷脂和载脂蛋白之间的摩尔比有关[24]ꎮ在制备rHDL时ꎬ常用的磷脂有二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)㊁二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)和棕榈酰油酸磷脂酰胆碱(POPC)等ꎮ磷脂成分可影响rHDL的循环半衰期[25]㊁抗炎和胆固醇外排特性[25-26]以及颗粒的稳定性[27-28]ꎮ磷脂的类型还决定生物环境中rHDL重塑的程度[29]ꎬ及与白细胞[30]的相互作用ꎮrHDL中脂质组成和其产生的生物学差异是需要我们关注的ꎮ3㊀基于rHDL的药物传递系统3.1㊀rHDL的制备㊀传统上ꎬ人们主要采用两种方法制备rHDL[9]:直接孵育法和胆酸透析法ꎮ现在也可用微流控技术制备rHDLꎮ3.1.1㊀直接孵育法(directsolubilization)㊀直接孵育法一般适用于人工合成的凝胶-液晶相变温度范围很窄的磷脂ꎬ如DMPCꎮ在缺少apoA1时ꎬDMPC在水环境中组织成封闭的稳定以水为核心的双分子层囊泡ꎻ在适当孵育条件下ꎬapoA1和DMPC的水溶液混合物自发相互作用形成rHDLꎮ大致过程:DMPC在器壁上分散和干燥后经缓冲液水化并均质分散ꎮ在该分散体系中加入apoA1ꎬ并在23.9ħ(DMPC的凝胶-液晶相变温度)下孵育ꎬ脂质悬液随时间将由不透明转变为透明ꎮ获得的产物是9~20nm之间的盘状复合物ꎬ且粒径取决于磷脂/apoA1的投料比ꎮ两apoA1分子相互反平行伸展排列成二聚体ꎬ并以带状(belt-like)方式围绕盘状rHDL的周边ꎮ此外ꎬ还可以用含有磷脂和CE的脂质悬浮液添加apoA1后超声制备球形rHDL[31]ꎮ同时ꎬ也可通过低密度脂蛋白和LCAT孵育诱导脂质交换得方法将盘状rHDL纳米颗粒转化为球形颗粒ꎬ随着进入核心的脂质不断增多ꎬ导致双分子层小叶分离ꎬ磷脂双分子层转化为单分子层ꎬ颗粒呈准球形ꎮ球形HDL不具有内部的水相ꎬ也不具有双层磷脂成分ꎮ单层磷脂层中ꎬ磷脂极头基团朝向外部环境ꎬ而其非极尾则与颗粒核心中相邻的磷脂脂酰链和疏水性脂质接触ꎮ除DMPC外ꎬ使用蛋黄磷脂[32]和心磷脂[33]采用直接孵育法也可获得rHDLꎬ表明该方法在拓宽适用磷脂种类方面具有可能性ꎮ3.1.2㊀胆盐透析法(cholatedialysis)㊀采用一些天然磷脂制备rHDL多使用胆盐透析法ꎮ如ꎬ使用表面活性剂制备POPC为主要磷脂成分的rHDLꎮ即用含胆酸钠和apoA1的缓冲液一起水化所得的POPC干燥脂膜ꎬ随后对样品充分透析以去除胆盐ꎬPOPC即和apoA1有序组装成盘状rHDLꎮ但值得注意的是ꎬ一些活性成分(包括疏水性药物)很容易被随之透出ꎬ造成载药量的降低ꎮ3.1.3㊀微流控技术制备rHDL㊀除传统制备方法外ꎬKim等[34]学者使用微流控装置获得rHDLꎬ以期解决传统方法的局限性ꎮ通过控制混合速度以及脂质与蛋白质的比例ꎬ可以微调rHDL颗粒大小和形态等理化性质ꎮ使用该策略ꎬ细胞色素P4503A4被成功地装载于rHDL的双层组分中ꎬ形成纳米盘状粒子[35]ꎮ此外ꎬ该技术也已应用于制备载辛伐他汀和荧光化合物的rHDL[36]ꎮ微流控技术制备rHDL示意图如图2所示ꎮ图2㊀微流控技术制备rHDL颗粒㊀注:利用微流控装置ꎬ将一定比例的apo-A1以及脂质作为原料输入装置内ꎬ便可仅在一步生产过程中合成大量高度均匀的重组高密度脂蛋白颗粒ꎮ3.2㊀rHDL的载药方式㊀HDL的载药方式大致分为3类[37]:核心装载法㊁表面装载法以及蛋白装载法ꎮrHDL的主要载药方式的示意图如图3所示ꎮ图3㊀rHDL的结构和载药方式㊀注:左图中展示了脂蛋白的主要结构ꎬ其主要包括由甘油三酯㊁胆固醇酯等脂类组成的疏水性脂质核心以及由磷脂和载脂蛋白组成的亲水性外层ꎻ右图展示了3种HDL载药方式的具体部位ꎮ3.2.1㊀核心装载法㊀核心装载法ꎬ即利用rHDL的脂质核心进行载药ꎬ通过重组构建的方式ꎬ将难溶性及疏水性的药物载入rHDL的脂质核心ꎮ如Lou等[38]将脂溶性抗肿瘤药阿克拉霉素(aclarcinomycinꎬACM)取代HDL的脂质核心ꎬ与磷脂及apoA1共同制备了ACM-rHDLꎬ较好地保持了天然HDL的理化性质ꎬ同时也保留了与肝细胞受体结合的生物学特性ꎮ一些亲水性药物则需要被进一步地设计和改进ꎬ使其适用于核心装载法并获得较高的稳定性ꎮ如Shahzad等[39]将亲水性siRNA与含有大约40个Lys残基的低聚赖氨酸肽进行中和ꎬ成功地使siRNA有效地被包裹(>90%)ꎬ并且rHDL中的siRNA含量在2周内没有显著减少ꎬ表明了这种方式装载siRNA的稳定性ꎮ3.2.2㊀表面装载法㊀表面装载法ꎬ即利用HDL的结构表面载药ꎬ通过非共价力主要是范德华力等ꎬ将药物装载至HDL的磷脂单分子层中ꎬ药物嵌入HDL表面的程度是由范德华力等弱相互作用力决定的ꎮ插层剂具有两亲性ꎬ该性质能够保证其结构部分埋藏在HDL粒子表面的同时ꎬ避免亲水部位受静电作用或者在水环境中形成氢键ꎮ因此ꎬ多种作用力的平衡关系将直接决定药物载体装载的效率以及稳定性[40]ꎮ该方式虽简单且易完成ꎬ但合成药物的载药量以及稳定性难以控制ꎬ因此具有一定的局限性[41-42]ꎮ3.2.3㊀蛋白装载法㊀蛋白装载法ꎬ即通过共价修饰的方式ꎬ使药物偶联到载脂蛋白表面的氨基酸残基上ꎬ从而被携带进入靶细胞ꎮ其中ꎬLys㊁Arg㊁Tyr和Cys残基是用于与药物结合的典型氨基酸[43]ꎮ如ꎬ蜂毒素是一种潜在的溶细胞肽ꎬ具有抗肿瘤的潜力ꎬ但其引起溶血的特性限制了其广泛的应用ꎮHuang等[44]通过GSG-linker将蜂毒素与载脂蛋白模拟肽的C端结合ꎬ使肽与磷脂相互作用并自组装成rHDL纳米颗粒ꎬ不仅提高了抑制黑色素瘤细胞生长ꎬ还避免了溶血作用的发生ꎮ3.3㊀rHDL可装载的活性成分㊀rHDL作为载体可以装载各种活性成分ꎬ如小分子药物㊁核酸㊁蛋白/多肽㊁免疫调节剂等[45]ꎮ如Song等[46-47]利用HDL可通过SR-B1受体介导的转胞吞作用(transcytosis)透过血脑屏障的优势ꎬ制备了载抗淀粉样蛋白α-山竹素的apoE-rHDLꎬ使其得以绕过血脑屏障发挥治疗阿尔茨海默病的作用ꎻCho等[48]利用等渗rHDL溶液溶解米诺地尔(Minoxidil)ꎬ使其发挥细胞保护作用并抑制血管内皮炎症ꎮ核酸或蛋白药物及一些免疫调节剂在体内的有效传递存在某些障碍ꎬ如内皮系统的吞噬㊁血清中核酸酶的降解㊁内体/溶酶体酶的降解等ꎮsiRNArHDL则可通过SR-B1摄取机制规避上述障碍[49]ꎮ如ꎬWang等[50]将血管内皮生长因子特异性siRNA(siVEGF)和PTX共同封装于rHDL中获得rHDL/siVEGF-PTXꎬ给药后具有高度肿瘤靶向性并无明显副作用ꎮrHDL比传统的核酸药物载体更具优势[11]ꎮ为了抑制CD40和肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)在巨噬细胞和单核细胞中的相互作用ꎬLameijer等[51]将CD40-TRAF6抑制剂TRAF6i装载到由apoA1㊁DMPC和MHPC组成的20nmTRAF6i-rHDL中ꎬ结果表明TRAF6i-rHDL可与病变部位的单核细胞和巨噬细胞良好结合ꎬ治疗效果得到改善ꎮ此外ꎬ将金属作为核心载入rHDL还可作为成像工具而发展成为诊断手段ꎮ如ꎬ载入氧化铁用于磁共振成像㊁金纳米颗粒用于CT㊁量子点纳米晶体则用于细胞内荧光成像[52]ꎮ3.4㊀rHDL对SR-B1的靶向作用㊀生理HDL对ABCA1㊁SR-B1等靶点具有靶向作用ꎬ而目前基于rHDL的药物运送系统主要通过靶向SR-B1而发挥作用ꎮ大量研究表明ꎬrHDL与生理HDL有着相似的高度靶向SR-B1的作用ꎬ这是由于SR-B1对于二者共同包含的载脂蛋白apoA1具有高度特异性识别能力[10]ꎮ3.4.1㊀SR-B1对rHDL的选择性摄取㊀apoA1能够特异性识别并结合靶细胞表面的SR-B1受体ꎬ仅介导纳米载体的脂质核心部分的选择性摄取ꎮ采用多荧光标记的HDL模拟肽磷脂支架(HDL-mimickingpeptidephospholipidscaffoldꎬHPPS)纳米颗粒ꎬ可检测HPPS体内荷载摄取的过程[53]ꎮ结果发现HPPS能够特异性识别并结合SR-B1ꎬ然后与SR-B1相互作用ꎬ使负载分子直接转运到靶细胞质中ꎬ而非整个颗粒内化入胞ꎮ这种摄取机制依赖受体分子内部形成的疏水通道[12]ꎬ被称为逆向胞吞作用(retroendocytosis)ꎮHPPS运输的疏水药物经两个过程入胞:第一步ꎬHPPS特异性识别和结合SR-B1ꎬ在SR-B1的Cys384结构域发生相互作用ꎬ随后HPPS开始分解ꎻ第二步ꎬ疏水药物通过脂质/小穴介导途径进入细胞ꎬ而HPPS的非摄取成分ꎬ如脂质和肽ꎬ被分解并且保留在细胞膜上ꎮ具体机理的示意图见图4ꎮ图4㊀HPPS纳米颗粒的胞内运输机理㊀注:两个步骤:①HPPS识别SR-B1并与之特异性结合ꎬ而后与之相互作用ꎻ②HPPS在与SR-B1相互作用的过程中分解ꎬ通过脂质/小穴介导的内吞机制将运载的疏水物质直接运输至细胞胞浆ꎮ3.4.2㊀SR-B1对rHDL体内分布的影响㊀SR-B1广泛存在于肝癌㊁乳腺癌㊁前列腺癌和卵巢癌等多种恶性肿瘤细胞的表面ꎮ肿瘤细胞通过表达大量的SR-B1介导对胆固醇的摄取以满足增殖的需求ꎮ维生素E㊁干扰素-α(interferon-αꎬIFN-α)及脂多糖(lipopolysaccharideꎬLPS)能降低SR-B1的表达[54]ꎮWang等[50]将FAM标记的siRNA(FAM-siRNA)和DiR染色的rHDL通过尾静脉注射到荷MCF-7肿瘤的裸鼠体内ꎬ并用光学成像技术监测其生物分布ꎮ同样方法的天然脂质载体(Lip组)做对照ꎮ实验发现ꎬ给药6h后ꎬrHDL组肿瘤㊁肝脏和肾脏均显示饱和荧光水平ꎬ说明rHDL累积的部位与SR-B1高表达的部位完全一致ꎮ而给药24h后ꎬ同样方法的天然脂质载体(Lip组)主要在肝脏中显示出荧光分布ꎬ这显示肝脏对脂质高度的摄取和清除水平ꎻ此时rHDL组的荧光则主要出现在肿瘤部位ꎬ肝脏和其他组织中荧光水平很低ꎮ这表明了rHDL对SR-B1的高度靶向性ꎮ这种高度靶向性对减少药物的副作用非常有利[55]ꎮ4㊀总结与展望在药物应用领域ꎬ天然或重构HDL均能通过与人体组织器官的相互作用ꎬ发挥较强的靶向作用ꎬ亦不影响其较高的生物降解水平ꎬ因此以rHDL作为药物载体对于减小药物对正常细胞的损害起着关键的作用ꎮ同时ꎬrHDL对一些需经肝代谢产生活性的药物体内传递具有极佳的应用前景ꎮ以rHDL作为药物载体的研究目前仍处于初期阶段ꎮ随着生物科技的不断发展以及纳米技术的不断进步ꎬ人们对HDL的改造或修饰也会愈加成熟ꎬrHDL作为药物递送载体将展现出更为显著的优势ꎮ然而ꎬ在开发更为可靠的载体制备方法及更好地理解其潜在机制等方面ꎬ仍需要做大量工作ꎮ参考文献:[1]㊀TABETFꎬLAMBERTGꎬCUESTATORRESLFꎬetal.Lipid-freeapolipoproteinA-Ianddiscoidalreconstitutedhigh-densitylipoproteinsdifferentiallyinhibitglucose-in 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药物递送载体及其在饲料添加剂领域中的研究进展
药物递送载体及其在饲料添加剂领域中的研究进展丁浩轩1,武昊2,冯杰1*(1.浙江大学饲料科学研究所,浙江省动物营养重点实验室,浙江杭州 310058;2.武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉 430072)摘 要:在全面禁止使用促生长类药物饲料添加剂的形势下,畜禽传染性疾病对我国畜牧生产造成潜在威胁,开发绿色饲料添加剂迫在眉睫,但当下抗生素替代产品往往因稳定性差而限制了其使用空间。
药物递送系统可以将兽药及饲料添加剂包裹于载体内部,靶向缓释,具有靶向性、稳定性及高效性等多方面的优势,是解决粪便抗生素残留、中的研究进展,以期为畜禽健康养殖提供新的思路和借鉴。
关键词:饲料添加剂;递送载体;畜禽养殖中图分类号:S816 文献标识码:A DOI编号:10.19556/j.0258-7033.20200508-07药物递送系统是将药物通过特殊载体材料包裹后递送至特定部位控制释放的给药方式,在靶向缓释、高效吸收、抗酸耐热方面具有独特优势。
目前药物递送系统已经在人类临床药物及畜禽饲用药物研究中发挥了重要作用。
饲料添加剂是饲料中具有良好生物学功能的微量成分,如维生素、酶制剂、微生态制剂、微量元素等,主要在提高动物生产性能、保证机体健康以及节省饲料成本方面发挥作用,但许多饲料添加剂存在不稳定、易氧化、抗逆性差等特点[1],因此如何提高其生物学稳定性并高效发挥饲料添加剂的功能具有重要意义。
农业农村部194号公告指出,自2020年7月1日起,饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中药类除外)的商品饲料。
虽然禁用促生长类药物饲料添加剂会在一定程度上缓解抗生素残留所带来的一系列问题,但高速发展的畜禽产业同样面临抗生素替代产品效果不佳的窘境。
鉴于药物递送系统的作用特点与机制,其是提升饲料添加剂稳定性、增强生物学效应的有效途径之一,在饲料添加剂领域中也具有良好的应用前景。
本文将从最新的药物递送系统研究出发,简述最新的生物聚合物、脂质体、介孔二氧化硅材料、纳米材料药物递送载体及其在饲料添加剂领域的研究与应用,以期为药物递送载体在畜禽生产中的应用提供借鉴和参考。
脂质体研究进展
脂质体研究进展1. 前言脂质体最初是1965年英国学者Banyhanm和Standish将磷脂分散在水中进行电镜观察时发现的。
磷脂分散在水中自然形成多层囊泡,每层均为脂质双分子层,囊泡中央和各层之间被水隔开,双分子层厚度约4nm,后来将这种具有类似生物膜结构的双分子小囊泡称为脂质体,又称人工膜。
1988年,第一个脂质体包裹的药物在美国进行临床试验,现在用脂质体包裹的抗癌药、新疫苗、其他各种药品、化妆品、农药等也开始上市。
我国的脂质体研究始于上世纪70年代,经过近30年的研究,我国在脂质体的研究和应用方面取得了可喜的成果。
目前我国已有多个以脂质体作载体的新药剂型进入临床验证阶段。
当前脂质体的医药应用研究主要集中在模拟膜的研究、药品的可控释放和体内的靶向给药,此外还有如何在体外培养中将基因和其他物质向细胞内传递。
由于脂质体具有生物膜的特性和功能,它作为药物载体的研究已有多种,主要用于治疗癌症的药物,它可将包封的活性物质直接运输到所选择的细胞上,故有“生物导弹”之称。
2. 脂质体在医药方面的医用2.1 药物载体由于脂质体形成时,各片层之间含有水相,水溶性药物可包裹在水相内,脂溶性药物则嵌合于脂质双分子层中。
根据脂质体的这一结构特点,将一些毒副作用大,稳定性差的药物制成脂质体,可达到降低毒性,增加药效的作用。
脂质体在水相和脂相均能适应,与细胞亲和力强,可增加药物对细胞膜的通透性并可改变药物的动力学性质和组织分布。
脂质体种类繁多,组成和大小不同,表面电荷也不同,对分子又有渗透性,靶向给药就是将药品通过鞋带系统理想的绕过身体正常部位,靶向体内需要治疗的患病区。
如果将药物分子包结在脂质体中,外面再接上免疫蛋白等抗体,就有可能导向抗原实现靶向给药。
2.1.1 抗肿瘤药物的载体脂质体作为抗肿瘤药物载体具有增加与肿瘤细胞的亲和力、克服耐药性、增加药物被癌细胞的摄入量、降低药物剂量、提高疗效、降低毒副作用的特点。
有与肿瘤细胞中含有比正常细胞较高浓度的磷酸酶及酰胺酶,因此如将抗药物包制成脂质体,不仅由于酶解使药物容易释出,而且亦可促使药物在肿瘤细胞部位特异的蓄积。
外泌体在肿瘤及寄生虫病中的应用研究进展
动物医学进展,2019,40(4):116-120Progress in Veterinary Medicine外泌体在肿瘤及寄生虫病中的应用研究进展李承桓,李佳祺,邢蒙恩,丁莹莹,桑晓宇,冯颖,姜宁,陈启军,杨娜*(沈阳农业大学畜牧兽医学院,辽宁沈阳110866)摘要:外泌体(EVs)也称作胞外囊泡,是细胞内多泡体与细胞膜融合后释放到细胞外基质中的磷脂双分子层小囊泡。
1983年,研究人员在绵羊网织红细胞中首次发现外泌体,最初认为外泌体只是细胞代谢废物,但随着对其生物来源、物质构成、运输、细胞间信号传导及在体液中分布等方面深入研究,发现外泌体具有多种功能。
近年来研究发现,外泌体在肿瘤早期诊断、肿瘤转移和扩散等方面都扮演重要角色,并且有可能成为新型药物载体应用在肿瘤治疗方面。
随着外泌体功能和生物学特点的深入研究,这种新型药物载体技术也有可能应用到抗寄生虫病,为寄生虫病的治疗提供新思路。
关键词:外泌体;肿瘤;寄生虫中图分类号:S852.7;R730.5文献标识码:A文章编号:1007-5038(2019)04-0116-05外泌体(exosomes,EVs)也称作胞外囊泡,直径约30nm〜100nm,是细胞内多泡体与细胞膜融合后释放到细胞外基质中的磷脂双分子层小囊泡。
1983年,Trams E G和Johnstone R M在绵羊网织红细胞中首次发现外泌体,最初认为外泌体只是细胞代谢废物,但随着对其生物来源、物质构成、运输、细胞间信号传导及在体液中分布等方面的深入研究,发现外泌体具有多种功能。
外泌体能够参与机体免疫应答、抗原提呈及蛋白质合成等生理活动,并能在组织细胞间进行物质信息交换,有转运遗传物质的功能。
研究发现,外泌体包裹携带多种物质,如蛋白质和RNA等,其中共发现9769种蛋白质、3408种mRNA和2838种micro RNA(miRNA)[1'2]。
机体分泌的外泌体在不同生理状态下,携带不同的蛋白质和遗传物质。
囊泡作为药物载体的研究进展
Pr g e so o r s nVe il sDr gCa re scea u r ir
ZHAO Jn , AN G Zh n -i ig W o gn
C lg C e ir, hm cl n ier gn dMa r lS i c, h n o g om l n esyJn n 5 0 4 ol e f h ms y C e i E gn ei t i s c n eS a d n N r a i ri, ia 0 1 , e o t a n H en e U v t 2
【6 Vie A, n rel 1] v sM Viad l M E yho yeh moy i a d sa e rtrc t e lss n h p c ag sn u e yn w s ed r a r cat[]C e Bo hn e d cdb e l i —ei t sf tns . h m-il i yn veua J
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行研外泌体——小囊泡的大世界
⾏研外泌体——⼩囊泡的⼤世界本⽂作者:MING早在1960年后期,Bonucci和Anderson的研究团队在观察软⾻细胞时,⾸次发现细胞膜会分泌出直径约100nm的具有双分⼦膜结构的⼩泡。
直到1980年这种⼩泡的产⽣机制及在⽣物体的⽣理功能才进⼀步被研究,并创造了外泌体⼀词。
2013年的诺贝尔⽣理、医学奖颁给了美国科学家James E. Rothman,Randy W.Schekman和德国科学家Thomas C. Sudhof,以表彰他们发现细胞内部囊泡的运输调控机制。
⾄此,外泌体的研究及临床应⽤被推向了⼀个新的⾼度。
细胞释放的膜囊泡分为外泌体(exosomes)与微囊泡(microvesicles)两种,区别主要在其形成的机制。
外泌体是细胞内的内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体,经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外的膜囊泡,⽽微囊泡则是细胞出芽与细胞膜融合后直接脱落形成的囊泡(图1)。
另外,外泌体⼤⼩均⼀,直径在50~150 nm,尺⼨⼤⼩取决于起源部位以及细胞中的脂质双层结构;⽽微囊泡⼤⼩不⼀,直径在50 ~1000 nm之间不等。
虽然存在不同,但是微囊泡和外泌体外观相似,尺⼨重合,同时包含类似物质,⽐较难区别,因此在科研和临床中,有时候将两者视为⼀体。
图1. 外泌体与微囊泡的特点与区别1外泌体包含了丰富的信息,负责细胞间的物质运输、交流以及细胞调控由于双膜结构的保护,外泌体包含了丰富的信息,包括蛋⽩质、DNA、信使 RNA、⼀些⾮编码RNA以及脂类等,能够提供多组学的信息(图2)。
随着蛋⽩质组学研究和基因测序技术的快速发展,相对成熟的外泌体数据库得以积累,如EVpedia, Vesiclepedia, exoRBase等。
其中,Exocarta数据库记录了外泌体中鉴定的 9769 种蛋⽩质, 1116种脂, 3408种 mRNAs,以及2838 种miRNAs。
这些数据库在外泌体的识别分类以及对其⾥⾯⽣物标记物的筛选上起着⾮常⼤的作⽤。
聚合物纳米囊泡
聚合物囊泡作为新型纳米载体在肿瘤治疗中的应用[摘要]很多药剂学纳米载体,如纳米球、纳米囊、脂质体、胶束、囊泡等,已经被用于治疗性和诊断性物质的实验性或临床性递送[1]。
聚合物囊泡是由合成或天然改性的双亲分子自组装的一种超分子聚集体,类似于细胞膜结构,作为一种新型的纳米载体具有很多的优势,能够通过被动靶向、主动靶向及物理化学敏感等方式递送药物至靶位并控制释药,稳定性好、渗透性高、可降低药物毒副作用等,应用广泛[2]。
本文首先对聚合物囊泡的基本特性和制备方法等进行简单介绍,并举例了聚合物囊泡作为一种新型纳米载体在肿瘤治疗与诊断方面的应用,为肿瘤的治疗提供新的思路和依据。
[关键词] 聚合物囊泡,纳米载体,肿瘤治疗,自组装[引言]纳米技术是研究结构尺度在0.1~100nm范围内材料的性质及其应用。
随着纳米技术的迅速发展,其迅速渗透到生命科学、材料、化工等各个领域并发挥着关键性的作用。
近年来由于大分子自组装技术的飞速发展,聚合物囊泡作为一种新型纳米载体,已经吸引了越来越多研究者的积极关注,成为当前分子自组装新型药物载体研究的热点。
1、聚合物囊泡的制备方法在许多的自组装制备聚合物囊泡方法中,最重要的方法是溶剂切换技术和聚合物再水化技术。
溶剂切换技术即溶剂置换法,是将两亲性共聚物先溶解在良溶剂中,然后溶于水相并充分水化成囊泡。
聚合物再水化技术即无溶剂法,是先将聚合物溶解在有机溶剂中,除去有机相形成聚合物薄膜,加水使薄膜水化,自组装形成聚合物囊泡[3、4]。
最近几年还有文献[5]报道层-层静电自组装法和改变pH值诱发的自组装和氢键诱发的自组装微囊泡。
层层自组装技术是基于静电相吸原理,即聚电解质阴阳离子间相互作用形成聚电解质多层膜[6]。
滕伟[7]等人发现载基因载基因脂多糖胺纳米囊泡/透明质酸通过层层自组装构建具有独特三维纳米结构的聚电解质多层膜,其增长方式为指数型,具有纳米级粗糙度和非致密性的特点。
包合高分子长链后的环糊精可构建成一端疏水一端亲水的两亲性环糊精衍生物,这种两亲性分子在水溶液中可以自组装形成双层环糊精囊泡体系[8]。
纳米囊泡研究进展
目 录
• 纳米囊泡简介 • 纳米囊泡的制备方法 • 纳米囊泡在药物输送方面的研究进展 • 纳米囊泡在生物医学成像方面的研究进展 • 纳米囊泡在其他领域的研究进展 • 挑战与展望
01 纳米囊泡简介
定义与特性
定义
纳米囊泡是一种由脂质、蛋白质 和核酸等生物分子构成的封闭双 层膜结构,具有纳米级别的尺寸 。
规模化生产问题
工艺控制
纳米囊泡的制备过程涉及复杂的物理和化学机制, 难以实现规模化生产的工艺控制。
成本问题
目前纳米囊泡的制备成本较高,限制了其在医疗、 工业等领域的应用。
质量稳定性
规模化生产过程中,纳米囊泡的质量和性能稳定 性难以保证。
新材料与新技术的应用
新材料研发
探索具有优异性能的新型纳米囊泡材料,以提高其生物相容性、 稳定性和功能性。
共安全。
06 挑战与展望
安全性与生物相容性问题
长期毒性
纳米囊泡在体内的降解和排泄机制尚不明确,长期使用可能对健 康产生潜在的毒性风险。
免疫反应
纳米囊泡作为外来物质,可能引发免疫系统的排异反应,影响其 在体内的稳定性。
生物相容性
不同生物体系对纳米囊泡的相容性存在差异,需要进一步研究以 优化纳米囊泡的生物相容性。
纳米囊泡可以用于生物传感器的制备,通 过与目标分子的特异性结合,实现对生物 分子浓度的快速、灵敏检测。
02 纳米囊泡的制备方法
自组装法
01
02
03
分子自组装
利用分子间的相互作用力, 将分子组装成纳米囊泡。
液晶自组装
利用液晶的特性,通过液 晶相变形成纳米囊泡。
聚合物自组装
利用聚合物链的折叠和缠 结形成纳米囊泡。
纳米囊泡负载-概述说明以及解释
纳米囊泡负载-概述说明以及解释1.引言1.1 概述纳米囊泡负载是一种新兴的药物传递系统,其具有很大的潜力在医学领域发挥作用。
纳米囊泡是一种由纳米尺寸的脂质或聚合物构成的囊泡,其大小通常在10-100纳米之间。
与传统的药物传递系统相比,纳米囊泡具有独特的优势。
首先,纳米囊泡具有较高的稳定性。
由于其纳米尺寸的特点,纳米囊泡可以稳定地悬浮在溶液中,并能够在体内长时间循环。
这种稳定性能够保护药物免受生理环境的影响,从而提高药物的传递效果。
其次,纳米囊泡具有较大的药物装载容量。
纳米囊泡内部的空间可以容纳多种药物,包括水溶性和脂溶性药物。
这种高药物装载容量使纳米囊泡成为一种理想的载体,能够同时传递多种药物,从而提高治疗效果。
此外,纳米囊泡还具有可调控的释放特性。
药物可以通过改变纳米囊泡的组成和结构来实现缓慢和可控的释放。
这种可调控的释放特性可以实现药物的持续释放,从而减少药物的剂量和频率,提高患者的便利性和治疗效果。
纳米囊泡负载的应用也非常广泛。
它可以用于治疗癌症、感染性疾病和神经系统疾病等多种疾病。
通过调整纳米囊泡的物理化学性质和表面功能化修饰,可以实现药物的靶向传递和细胞内递送,从而提高药物在病灶部位的浓度和疗效,同时减少对正常组织的毒副作用。
尽管纳米囊泡负载具有许多优势,但也面临一些挑战。
例如,纳米囊泡的制备方法需要精确控制,以确保其稳定性和药物装载能力。
此外,纳米囊泡在体内的生物分布和代谢也需要进一步研究,以确保其安全性和可行性。
对于纳米囊泡负载的未来发展,还有许多方向可以探索。
例如,可以进一步改进纳米囊泡的制备方法,以提高其稳定性和装载能力。
另外,可以将纳米囊泡与其他药物传递系统相结合,以实现更好的治疗效果。
同时,纳米囊泡的应用领域也还有待拓展,可以探索更多疾病的治疗策略。
总之,纳米囊泡负载作为一种新兴的药物传递系统,具有许多优势和应用潜力。
通过进一步的研究和开发,纳米囊泡负载有望在医学领域发挥重要作用,为疾病治疗带来新的机会和挑战。
细胞外囊泡作为药物载体的应用前景
东南大学学报(医学版)JSoutheastUniv(MedSciEdi)㊀2019ꎬOctꎻ38(5):919 ̄923[收稿日期]2019 ̄02 ̄17㊀㊀[修回日期]2019 ̄05 ̄23[基金项目]国家自然科学基金面上项目(81670632)[作者简介]徐凯(1991)ꎬ男ꎬ江苏泗洪人ꎬ住院医师ꎬ医学硕士ꎮE ̄mail:878844631@qq.com[通信作者]陈明㊀E ̄mail:mingchenseu@126.com[引文格式]徐凯ꎬ陈明.细胞外囊泡作为药物载体的应用前景[J].东南大学学报(医学版)ꎬ2019ꎬ38(5):919 ̄923. 综㊀㊀述细胞外囊泡作为药物载体的应用前景徐凯ꎬ陈明(东南大学医学院附属中大医院泌尿外科ꎬ江苏南京㊀210009)[摘要]细胞外囊泡(EVs)作为药物载体具有广阔的应用空间ꎮ近年来研究发现EVs作为信号分子在细胞通讯中起重要作用ꎮ这些囊泡既可以包裹内源性物质ꎬ如RNA㊁质粒DNA㊁酶和神经递质等ꎬ又可装载外源性治疗药物ꎬ像渡轮运送 货物 一样ꎬ发挥其天然的载体功能ꎮ本文作者综述药物载体的概念ꎬEVs的来源㊁分类ꎬEVs作为递送系统可携带的物质类型ꎬ药物的装载方法及给药途径ꎬEVs作为药物载体的优点和缺点ꎬ以及目前其作为药物载体在临床中的应用前景ꎬ目的是探寻EVs作为药物载体的发展前景和策略ꎬ从而为相关疾病的靶向治疗提供理论依据ꎮ[关键词]细胞外囊泡ꎻ药物载体ꎻ靶向治疗ꎻ应用前景ꎻ综述[中图分类号]R310.11㊀㊀[文献标识码]A㊀㊀[文章编号]1671 ̄6264(2019)05 ̄0919 ̄05doi:10.3969/j.issn.1671 ̄6264.2019.05.032㊀㊀近年来随着药物载体研究的深入ꎬ细胞外囊泡(extracellularvesiclesꎬEVs)作为一种新型生物介质在药物载体中具有很大的应用潜力ꎮ药物载体是一种能够改变药物进入人体内的方式和分布ꎬ控制药物释放速度并将药物输送到靶器官的体系ꎮ该体系可防止药物短期降解㊁失活㊁排泄和发生人体免疫反应[1]ꎮ目前存在众多类型的药物载体ꎬ应用较为广泛的有微囊㊁微球㊁纳米粒及脂质体ꎮEVs是一类由细胞分泌的微小囊泡ꎬ具有双层脂质膜结构[2]ꎬ主要来源于间充质干细胞(mesenchymalstemcellꎬMSC)㊁肿瘤细胞㊁树突状细胞和其他细胞ꎬ不同类型细胞所分泌的外泌体数量和特征具有显著差异[3]ꎮ根据形成过程和细胞来源不同ꎬEVs可分为外泌体(exosomes)㊁微囊泡(microvesi ̄clesꎬMVs)㊁凋亡小体(apoptoticbody)㊁神经突触小体(synaptoneurosomes)等[4]ꎮ外泌体衍生自晚期内涵体ꎬ尺寸为30~100nmꎬ外泌体的表面标志主要有CD63㊁CD81㊁CD9㊁TSG101㊁HSP27等ꎮ外泌体中含有大量蛋白质㊁脂质㊁DNA㊁RNAꎬ可调节多种生理或病理反应ꎬ包括血管生长㊁肿瘤细胞侵袭与转移及免疫应答等[5 ̄7]ꎮ它广泛存在于体液中ꎬ如血清㊁唾液㊁乳汁[8]㊁脑脊液[9]㊁尿液[10]和精液[11]等ꎮMVs也称为脱落的囊泡㊁核外颗粒或微粒ꎬ由细胞膜出芽形成ꎬ大小100~1000nm不等ꎬ富含磷脂酰丝氨酸㊁整合素㊁选择素和CD40配体[12]ꎮ凋亡小体来自于凋亡细胞ꎬ当凋亡细胞发生核裂解时胞浆会形成多发性芽突ꎬ当芽突脱落时就形成以胞膜包裹㊁内含有细胞器和核碎片的凋亡小体ꎮ凋亡小体富含膜相关组蛋白ꎬ在大小及形态上存在高度异质性[13]ꎮ神经突触小体是由神经元的轴突末梢分枝末端的膨大部分形成的小体ꎮ这些突触体可以与多个神经元的细胞体或树突相接触而形成突触ꎮ在突触小体前膜处含有大量突触小泡ꎬ内含多种神经递质(如乙酰胆碱㊁去甲肾上腺激素㊁单胺类物质等)ꎬ可实现神经元细胞之间的信号传递ꎮ目前可以通过差速离心㊁过滤㊁免疫亲和㊁层析㊁流式细胞术㊁密度梯度离心等多种手段选取不同密度区域从而粗略地分离不同的EVs亚群ꎬ然而ꎬ这些方法都不能完全纯化到特定的亚群ꎬ通常分离得到的是富集了某一个亚群同时还带有其他亚群ꎬ因此难以非常明确地对EVs进行分类ꎮEVs作为药物载体研究的内容主要包括EVs作为药物载体运送药物的类型㊁装载方法及给药919途径㊁作为药物载体的优缺点以及在临床的应用前景ꎬ作者将对以上内容进行综述ꎬ为将来EVs作为药物载体在临床的大规模应用提供相关数据资料ꎮ1㊀EVs作为药物载体装载物质的类型1.1㊀EVs作为化学类药物载体由于很多化学类药物存在水溶性较差㊁溶解性低㊁毒性大㊁特异性差及半衰期短等缺点ꎬ所以其体内吸收性差ꎬ生物利用度低且副作用大ꎮEVs可作为这类药物的天然载体克服了这些缺点ꎮ目前姜黄素(curcu ̄min)㊁紫杉醇(paclitaxelꎬPTX)㊁替莫唑胺(temozolo ̄mideꎬTMZ)㊁阿霉素(doxorubicin)等都可用EVs作为载体实现靶向运输ꎬ这类药物中报道最广泛的是姜黄素ꎬ一种从姜科和天南星科的一些植物的根茎中提取的化学成分ꎬ它含有二酮的色素ꎬ在植物界很少见ꎬ是一种二酮类化合物ꎮ医学研究表明ꎬ姜黄素具有降血脂㊁抗肿瘤㊁抗炎㊁利胆㊁抗氧化等作用ꎮSun等[14]用小鼠细胞来源的EVs传递姜黄素ꎬ研究结果表明ꎬ经EVs传递的姜黄素其溶解度㊁稳定性㊁生物利用度更高ꎮZhuang等[15]使用EVs包裹的姜黄素通过鼻腔给药的方式进行研究ꎬ结果发现ꎬ使用EVs包裹的姜黄素可通过血脑屏障传递至大脑从而诱导小胶质细胞凋亡ꎬ并减少脑部炎症ꎮPascucci等[16]将高浓度的PTX与骨髓细胞来源的MSC进行共孵育ꎬMSC摄取并分泌含有PTX的EVsꎬ通过EVs将PTX运输至人胰腺癌细胞中ꎬ从而发挥其抗癌的功效ꎮEVs也显示出可以装载一些抗癌药物的潜力ꎬ有望提高其治疗脑肿瘤的效率[17]ꎮTMZ是一种用于多形性胶质母细胞瘤(glio ̄blastomamultiformeꎬGBM)化疗的药物ꎬ可以加载到EVs中ꎬ降低TMZ化学抗性和脱靶效应[18]ꎮ1.2㊀EVs作为基因类药物载体由于基因在体内易被各种核酸酶降解ꎬEVs是核酸的天然载体ꎬ范围从长链非编码RNA(longnon ̄cod ̄ingRNAꎬlncRNA)㊁小干扰RNA(smallinterferingRNAꎬsiRNA)㊁微小RNA(microRNAꎬmiRNA)㊁mRNA到DNAꎬ其中以siRNA㊁miRNA和mRNA应用较为广泛ꎮ目前已经开发了复杂的方法将特定的RNA加载到EVs中ꎬ同时保护它们免受细胞外内切核酸酶的影响ꎬEVs作为载体提供了核酸在血液中的稳定性和隐形能力ꎬ并且降低免疫原性ꎬ将其稳定运输至靶细胞内ꎬ主要用于对肿瘤疾病的相关治疗ꎮ细胞之间可以通过EVs中的RNA来交换遗传物质ꎮ当受体细胞摄取这些含有RNA的EVs后ꎬsiRNA可以通过干扰受体细胞内目标基因翻译使其沉默ꎬmiRNA可以靶向调节受体细胞中mRNA水平ꎬmRNA可以在受体细胞中被翻译成相应的蛋白质ꎮ目前ꎬEVs运输的基因类药物主要包括:(1)siRNA:2011年首次通过外泌体运输siRNA进行疾病治疗后ꎬ其在肿瘤治疗中的作用逐渐显现ꎮShtam等[19]应用来源于HeLa细胞和腹水中的EVs运输可以沉默相关癌基因的siRNAꎬ这些EVs负载的siRNA可有效地引起宫颈癌细胞的死亡ꎮRufino ̄Ramos等[20]报道阿尔兹海默症中β ̄secretase1(BACE1)的siRNA㊁帕金森症中α ̄synuclein(α ̄syn)的siRNA和亨廷顿症中突变亨廷顿蛋白Huntingtin(mutanthtt)的siRNA都可通过EVs进行运载ꎬ从而使相关疾病的有关基因沉默ꎬ从而达到控制并治疗相关疾病的效果ꎮ(2)miRNA:在基因类药物运输中应用最广泛ꎮ如对于神经胶质瘤ꎬ载有miR ̄146b ̄5p的MSC衍生的EVsꎬ通过运输miR ̄146b ̄5p与神经胶质细胞中的表皮生长因子受体(epithelialgrowthfactorreceptorꎬEGFR)mR ̄NA结合ꎬ降低其表达并进一步降低了神经胶质瘤的侵袭性[21]ꎮ据报道ꎬ在GBM生长和侵袭过程中ꎬmiR ̄1的表达减少ꎬ导致胶质母细胞瘤生长和侵袭性增强[22]ꎮ因此ꎬ开发了一种携带miR ̄1的EVsꎬ旨在减少GBM的生长㊁新血管形成和侵袭性ꎮmiR ̄122是已知的肝细胞癌(hepatocellularcarcinomaꎬHCC)的特异性抑癌基因ꎮLou等[23]应用MSC来源的EVs运输miR ̄122ꎬ抑制了HCC的增殖ꎮ(3)mRNA/蛋白质:Mizrak等[24]通过将具有治疗性的mRNA/蛋白质(胞嘧啶脱氨酶 ̄尿嘧啶磷酸核糖转移酶)顺利载入EVsꎬ对相关肿瘤疾病起到治疗作用ꎮ2㊀EVs药物的装载方法及给药途径2.1㊀装载方法EVs已被成功地用于传递基因药物ꎬ如蛋白质和各种RNAꎮEVs作为药物载体主要是通过人工修饰其来源细胞或直接装载的方式对其进行改造ꎮ(1)人工修饰其来源细胞可以通过与药物分子共孵育㊁转染或转导表达载体ꎬ从而使其分泌的EVs含有药物分子㊁病毒蛋白㊁核酸分子㊁RNA相互作用蛋白和一般蛋白[25]ꎻ(2)EVs的直接装载要依赖于EVs的分离提取ꎬ治疗分子装载进EVs的方法主要有电穿孔㊁皂化法㊁反复冻融㊁超声法㊁挤压法等ꎬ促进药物整合进EVs[26 ̄27]ꎮ其中又以人工修饰其来源细胞的方式更为常用ꎬ共孵育是将药物和EVs共同培养后ꎬ使其直接穿过EVs的双层膜结构进入其内部ꎬ小分子药物应用此方法较多ꎬ是一种常用的且简单有效的方式ꎮ化学029 东南大学学报(医学版)㊀2019年10月ꎬ38(5)转染是通过多种转染试剂将各种核酸转入目标细胞中ꎬ然后对转染的目标细胞分泌物进行提取从而获得装载的EVsꎬ也有少量文献报道可以将各种核酸通过EXO ̄fect转染试剂转染进EVsꎬ但其效率低㊁成本高ꎬ且可转染核酸的种类单一ꎮ转导是利用噬菌体或者细胞病毒介导的遗传信息转移过程ꎬ目前常用的是用病毒进行转导ꎬ然后对转导后的目标细胞分泌的EVs进行提取ꎮ值得注意的是ꎬEVs的载药量不仅与药物负荷模式有关ꎬ还取决于药物的性质以及EVs脂质的组成ꎮ此外ꎬ不同的载药方式也会影响EVs中药物的含量[25 ̄26]ꎮ2.2㊀给药途径EVs加载的药物目前尚未应用于临床ꎬ为了让EVs加载的药物能够尽快应用于临床治疗ꎬ要满足其在体内较为稳定的要求ꎮ目前的给药途径包括: (1)经静脉注射:被认为是应用最广泛且最有效的途径ꎮEVs可通过血液循环到达靶细胞位置从而发挥其功效ꎬZhang等[28]研究发现EVs可通过小鼠尾静脉进行注射ꎬ然后通过血液循环到达肾脏远程预缺血的位置ꎬ从而发挥其保护作用ꎮ此外ꎬQi等[29]将阿霉素载入到EVs中通过静脉注射到荷瘤老鼠体内ꎬ实验结果显示ꎬ带有阿霉素的EVs可以在肿瘤部位明显富集ꎬ增强了对肿瘤组织的杀伤作用ꎮ此外Tian等[30]利用未成熟树突状细胞衍生的EVs负载药物并通过静脉注射靶向递送药物到乳腺癌肿瘤组织中ꎬ发挥对乳腺癌细胞的杀伤作用ꎮ(2)局部注射:局部注射的方式主要包括腹腔内注射㊁皮下注射㊁肿瘤内注射㊁鼻腔内注射等方法ꎬ其通过直接注射的方式将载有药物的EVs直接注射到目标靶区ꎬ然后通过各自的运输方式进行转运ꎬ避免了载体运输时的内源性清除及损耗ꎬ也可起到类似于静脉注射的效果ꎮKim等[31]发现ꎬ将负载PTX的EVs通过鼻腔给药的方式用于肺癌模型鼠的治疗ꎬ研究显示与游离的PTX相比ꎬEVs包裹的PTX不仅增强了药物疗效ꎬ还可以显著增强其抑制肿瘤细胞迁移和增殖的能力ꎮ(3)口服:由于EVs的磷脂双分子层结构ꎬ在肠胃道运输过程中很容易被酶降解ꎬ导致其运输效率较低ꎬ目前应用较少ꎮ如何对EVs进行相关修饰ꎬ避免其被降解ꎬ则是科研人员们亟待解决的问题ꎮ3㊀EVs作为药物载体的优势与缺陷3.1㊀EVs作为药物载体的优势药物运载系统(drugdeliverysystemsꎬDDSs)主要包括微粒载体系统ꎬ微粒载体系统主要利用脂质体㊁纳米粒㊁微粒㊁微球㊁微囊㊁乳剂等作为载体ꎬ其中最为重要的是脂质体ꎮ它是一种大小为25~1000nm的人造膜ꎬ磷脂分子的亲水性头部插入水中ꎬ脂质体的疏水性尾部延伸至空气ꎬ搅拌后形成双层脂质分子的球形脂质体ꎮ它主要由磷脂(主要是卵磷脂)或其衍生物与胆固醇结合而形成ꎬ其作为药物载体主要存在以下缺陷:其稳定性低ꎬ脂肪酰基部分易氧化ꎬ载药率不高ꎬ脂质体靶向性不高ꎬ可引起人体过敏反应ꎬ药物容易渗漏等ꎮ与脂质体不同ꎬEVs含有良好流动性的脂质层ꎬ脂质层上有相应的膜蛋白ꎬ具有强烈的靶向性ꎮ此外ꎬEVs经过修饰后可增强其与膜融合及被细胞摄取的功能ꎬ容易被靶细胞主动或被动获取ꎬ从而提高了药物递送效率ꎮ与此同时ꎬEVs的组成与人体自身细胞极为相似ꎬ无免疫原性ꎬ具有良好的生物相容性ꎮEVs是自身细胞产物ꎬ可以防止自身被巨噬细胞吞噬㊁被内体途径和溶酶体所降解ꎬ因此具有长循环的特征ꎬ并且可以直接将运输的药物递送至靶细胞ꎮ因此ꎬ与传统的DDSs相比ꎬEVs因其自然特征和结构组成可以作为更好的DDSsꎬ开辟了新的药物输送方式ꎮ3.2㊀EVs作为药物载体的缺陷DDSs(以微粒载体为主)有以下优势:与药物融合过程方便简单ꎬ重现性好ꎻ负载技术较为成熟ꎬ可以携带特定的药物分子ꎻ制备技术成熟ꎬ易于大量生产ꎻ独立性较好ꎬ发生相互融合的概率低ꎬ有利于进一步开发其他相关功能等优点ꎮ与传统的药物载体不同ꎬEVs目前缺少有效的EVs分离技术ꎬ难以大量制备ꎻ药物负载技术目前尚不成熟ꎬ无法负载相关的药物分子ꎻ且其人体运输过程中容易出现集聚融合现象ꎬ影响其功效ꎬ从而限制其大规模临床应用ꎮ此外ꎬ研究表明ꎬ肿瘤来源的EVs可以通过诱导调节性T细胞的产生来促进肿瘤进展ꎮ因此ꎬ应该避免使用肿瘤细胞来源的EVs作为抗肿瘤药物的载体ꎬ但这样就进一步限制了其作为药物载体的相关应用[32]ꎮ4㊀总结与展望一直以来ꎬ对药物载体的研究只停留在化学合成的方法之上ꎬ直到EVs的出现ꎬ药物学研究人员已成功地将EVs应用于药物载体系统ꎬ并开发了多种给药途径ꎬ包括经静脉注射㊁局部注射以及口服等ꎬ大大扩展了药物的利用方式ꎮ作为药物载体ꎬEVs赋予药物分子靶向功能ꎬ增加相关药物的溶解度和药物的生物利用度ꎬ并提高药物递送效率ꎮ作为一种自身细胞产物ꎬ在体内运输期间也大大降低了药物的免疫原性ꎬ减少了对自身细胞的毒副作用ꎮEVs在药物载体领域的129徐凯ꎬ等.细胞外囊泡作为药物载体的应用前景应用已显示出无可比拟的优势和应用前景ꎬ作为纳米级天然药物载体已被成功地用于传递多种物质ꎬ如小分子化学药物㊁LncRNA㊁siRNA㊁miRNA㊁mRNA㊁DNA以及蛋白质等ꎮ但其也存在产量低㊁分离效果差㊁负载技术不成熟以及肿瘤细胞分泌的EVs尚存在应用禁忌等局限性ꎮ因此ꎬ对EVs的分子学机制及其内部功能学知识有待于进一步深化认识ꎮ但总体而言ꎬ目前EVs作为药物载体展现出巨大的优势ꎬ我们有理由相信在不久的将来EVs作为药物载体局限性会被进一步攻克ꎬ将在临床实践中越来越多地使用ꎬ科学家们将进一步揭开其神秘的面纱ꎬ使之造福于人类ꎮ[参考文献][1]LINꎬZHUANGCꎬWANGMꎬetal.Liposomecoatedwithlowmolecularweightchitosananditspotentialuseinoculardrugdelivery[J].IntJPharmꎬ2009ꎬ379(1):131 ̄138. 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囊泡作为药物载体的研究进展赵 静,王仲妮*(山东师范大学化学化工与材料科学学院,山东 济南 250014)摘 要: 囊泡有较强的增溶能力,其双层膜具有较好的牢固性和稳定性,作为药物载体给药途径较广,载药稳定性、药物增溶量以及药物生物利用度较高。
本文介绍了囊泡作为药物载体的研究现状,包括囊泡形成,膜结构选择和应用,以及囊泡在口服给药、局部给药和体内给药的应用。
关键词:囊泡;表面活性剂;药物载体中图分类号:R944.5 文献标识码:A 文章编号:1672-979X(2010)03-0129-04收稿日期:2009-12-24基金项目:山东省自然科学基金(Y2006B29),贵州省教育厅自然科学研究项目[黔教科(2007)016号]作者介绍:赵静(1985-),女,硕士研究生,从事胶体与界面化学研究*通讯作者:王仲妮,女,硕士生导师 E-mail: zhongniw@Progress on V esicle as Drug CarrierZHAO Jing, W ANG Zhong-ni(College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Shandong Normal University, Jinan 250014,China )[4] Gould F A. Mitigation of surfactant erythrocyte toxicity byegg phosphatidylcholine[J]. J Pharm Pharmacol , 2008, 52: 1203-1209.[5] Buggins T R, Dickinson P A , Taylor G. The effects ofpharmaceutical excipients on drug disposition[J]. Adv Drug Deliv Rev , 2007, 59(15): 1482-1503.[6] Filardo G, Blasi M D, Galia A, et al . Peracetylated β-cyclodextrinas solubilizer of arylphosphines in supercritical carbon dioxide[J]. J Supercrit Fluid , 2006, 36(3): 173-181.[7] Górnicki A. The hemolysis kinetics of psoriatic red blood cells[J].Blood Cell Mol Dis , 2008, 41(2): 154-157.[8] Pierigè F, Sera fi ni S, Rossi L, et al . Cell-based drug delivery[J].Adv Drug Deliv Rev , 2008, 60: 286-295.[9] Savi ć S, Weber C, Savi ć M M, et al . Natural surfactant-basedtopical vehicles for two model drugs: Influence of different lipophilic excipients on in vitro/in vivo skin performance[J]. Int J Pharm , 2009, 381(2): 220-230.[10] Bandyopadhyay P, Neeta N S. Evidence for vesicle formationfrom 1:1 nonionic surfactant span 60 and fatty alcohol mixtures in aqueous ethanol: Potential delivery vehicle composition[J]. Colloid Surf B: Biointerface , 2007, 58(2): 305-308.[11] Ohnishi M, Sagitani H. The effect of nonionic surfactant structureon hemolysis[J]. J Am Oil Chem Soc , 1993, 70(7): 679-684.[12] Prete P S C, Gomes K, Malheiros S V P. Solubilization ofhuman erythrocyte membranes by non-ionic surfactants of the polyoxyethylene alkyl ethers series[J]. Biophys Chem , 2002, 97: 45-54.[13] Galembeck E, Meirelles N C. Effects of polyoxyethylene chainlength on erythrocyte hemolysis induced by poly[oxyethylene (n ) nonylphenol] non-ionic surfactants[J]. Chem-Biol Interact , 1998, 113: 91-103.[14] 孙岩, 陈怡,等. 烷基糖苷与生物膜的相互作用及其溶血活性[J]. 表面活性剂工业,1998, 2: 3-6.[15] Sanchez L, Vinardell M P. Potential irritation of lysine derivativesurfactants by hemolysis and HaCaT cell viability[J]. Toxicol Lett , 2006, 161: 53-60.[16] Vives M A, Vinardell M P. Erythrocyte hemolysis and shapechanges induced by new lysine-derivate surfactants[J]. Chem-Biol Interact , 1999, 118: 1-18.[17] Vinardell M P. Characteristics of interaction between amphiphilesand membranes[J]. Trends Comp Biochem Physiol , 1996, 2: 73-82.[18] Groot R D, Rabone K L, et al . Mesoscopic simulation of cellmembrane damage, morphology change and rupture by nonionic surfactants[J]. Biophys J , 2001, 81: 725-736.[19] Shalel S, Streichman S, Marmur A. The mechanism of hemolysisby surfactants:effect of solution composition[J]. J Colloid Inter Sci , 2002, 252: 66-76.[20] Lichtenberg D, Opatowski E, Koslov M, et al . Phase boundariesin mixtures of membrane-forming amphiphiles and micelle-forming amphiphiles[J]. BBA-Biomembranes , 2000, 1508: 1-19.[21] Sánchez L, Martínez V, Infante M R, et al . Hemolysis andantihemolysis induced by amino acid-based surfactants[J]. Toxicol Lett , 2007, 169(2): 177-184.药物载体是指能改变药物进入人体内的方式和分布,控制药物释放速度并将其输送到靶器官的体系。
该体系可防止药物短时间降解、失活、排泄以及发生人体免疫反应[1]。
为了寻找合适的药物载体,人们研究了蛋白质、酶蛋白、脂质体以及单克隆抗体(DNA)等各种体系。
其中表面活性剂缔合形成的多种分子有序组合体如胶束、微乳液、液晶及囊泡等,具有包载药物分子的能力以及与生物膜的良好相容性和渗透性,成为药物载体的重要研究领域[2-4]。
20世纪90年代开始研究将立方液晶作为药物载体,其热力学稳定、生物可降解等特性受到关注。
但是,立方液晶体系非常黏稠,需较长的平衡时间,科研、制备和应用均有一定的困难[1,5]。
微乳液稳定性好,与细胞膜有很好的相容性,但靶向性较差且有一定的刺激性,其药物释放机制不很明确,故临床上很少应用 [5]。
囊泡具有双层膜结构,与细胞膜有良好的相容性和渗透性,给药途径广泛,能提高药物增溶量、药物生物利用度和贮存稳定性,引起了普遍关注。
本文介绍了囊泡形成、膜结构选择以及作为药物载体的特点,并总结了近年囊泡作为药物载体的研究进展。
1 囊泡形成及膜结构选择1.1 囊泡的成1965年英国Bangham等[6]用超声波将磷脂分子分散在水中形成了多层囊泡,每层均为脂质的双分子层。
将这种类似生物膜结构的双分子小囊泡作为脂质体,标志着人工制备囊泡的开始。
表面活性剂可以在不加任何能量的情况下自发形成囊泡体系。
2008年Marques等[7]利用阴阳离子表面活性剂复配体系自发形成囊泡,并通过改变表面活性剂疏水链的长度和复配比例调节囊泡大小、表面电荷和渗透性等,引起表面活性剂学、生物学和药物学等众多研究领域的关注,各种表面活性剂复配体系囊泡的自发形成和应用的报道逐渐增多。
同时因pH改变引发表面活性剂囊泡体系释放也受到更多关注。
Borchert等[8]研究了pH导致聚2-乙烯吡啶b-环氧乙烯(P2VP-PEO)嵌段共聚物的破裂,pH降到5以下时发生质子化作用,P2VP-PEO嵌段共聚物溶解,使磷脂膜破裂、溶解和释放。
这为此后药物释放的研究奠定了基础。
1.2 囊泡膜结构的选择天然卵磷脂和聚氧乙烯脂肪醇醚(POE)非离子表面活性剂[9]是目前载药表面活性剂缔合结构囊泡的主要选择。
以大分子嵌段共聚物如聚1,2-丁二烯-聚氧乙烯(PB-PEO)、聚己内酯-聚氧乙烯(PCL-PEO)、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO)等形成大分子胶束,用于药物和DNA载体,这方面的探索方兴未艾[10]。