細(xì)胞膜仿生遞藥系統(tǒng)的制備及其在腫瘤治療中的優(yōu)勢(shì)

       隨著納米材料的發(fā)展，納米載體的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)研究中越來(lái)越普遍，特別是在藥物輸送和基因遞送領(lǐng)域。有機(jī)和無(wú)機(jī)納米粒子被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究和臨床試驗(yàn)中，如脂質(zhì)體、聚合物膠束、聚合物納米粒、金納米粒、二氧化硅納米粒等。但由于其易被免疫系統(tǒng)識(shí)別并清除，及生物相容性和生物可降解性差，限制了合成納米材料的實(shí)用性。采用細(xì)胞膜偽裝納米粒子是一種新型的遞藥策略，這類仿生納米顆粒繼承了源細(xì)胞(例如紅細(xì)胞、免疫細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和血小板) 的特定生物學(xué)活性，能夠逃避免疫系統(tǒng)的識(shí)別，延長(zhǎng)體內(nèi)循環(huán)時(shí)間，甚至可通過(guò)特定細(xì)胞膜蛋白而實(shí)現(xiàn)靶向的目的而成為一種具有良好前景的遞送策略。

       細(xì)胞膜仿生納米藥物的制備方法

       膜仿生納米藥物的制備方法主要有自上而下和微流控電穿孔兩種方式，自上而下方式是制備膜仿生納米藥物的常用方法，主要包括細(xì)胞膜提取和膜與納米載體融合兩步驟。其中， 紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板這類血細(xì)胞由全血中分離得來(lái)；中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷( NK) 細(xì)胞等免疫細(xì)胞主要由骨髓中提取獲得；腫瘤細(xì)胞由對(duì)應(yīng)細(xì)胞傳代培養(yǎng)獲得；干細(xì)胞一般由動(dòng)物組織中獲取。收集到純化的細(xì)胞后，將細(xì)胞經(jīng)過(guò)低滲處理或反復(fù)凍融，然后通過(guò)高速離心的方法去除細(xì)胞內(nèi)容物，以獲取細(xì)胞膜碎片。利用多孔聚碳酸酯膜擠出制備細(xì)胞膜衍生囊泡，進(jìn)一步將上述細(xì)胞膜衍生囊泡與納米載體共擠出獲得膜仿生核-殼納米藥物。雖然共擠出法是一種簡(jiǎn)單有效的方法，但不適合大規(guī)模生產(chǎn)，是細(xì)胞膜治療技術(shù)走向臨床實(shí)際應(yīng)用的重大障礙。

       現(xiàn)階段，有一些研究者利用超聲法制備膜仿生納米藥物。超聲法主要是將膜囊泡與納米載體在超聲下共孵育，使膜囊泡對(duì)內(nèi)核載體進(jìn)行包裹。在這過(guò)程中，超聲頻率、時(shí)間、超聲強(qiáng)度對(duì)所形成的仿生納米藥物外觀均勻性、藥物載藥量等參數(shù)具有重要影響。超聲法制備的仿生納米藥物通常分布不均，且局部高溫可能會(huì)造成膜蛋白變性。

       隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，基于微流控芯片的電穿孔技術(shù)因可實(shí)現(xiàn)高度重復(fù)和高通量制備膜仿生納米藥物而備受關(guān)注。微流芯片系統(tǒng)由五部分組成：進(jìn)樣口、Y 型合并通道、S 型混勻通道、電穿孔區(qū)和出樣口。膜囊泡和納米載體分別通過(guò)進(jìn)樣口進(jìn)入系統(tǒng)后，在 Y 型通道合并，S 型通道混合。經(jīng)電穿孔區(qū)的電脈沖作用，完成膜囊泡對(duì)納米載體內(nèi)核的包覆。通過(guò)對(duì)脈沖電壓、持續(xù)時(shí)間以及流速等參數(shù)的微調(diào)，可以得到包覆性好、穩(wěn)定性高的納米顆粒，但是這種裝置的成本相對(duì)共擠出和超聲法高。

       膜仿生納米藥物表征

       膜仿生納米藥物制備完成后需要對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征，以獲得最 佳制備效果。通過(guò)檢測(cè)膜修飾納米藥物前后的粒徑、電位和形態(tài)等基本參數(shù)的變化，用以反饋調(diào)節(jié)制備流程， 提高膜仿生納米藥物的產(chǎn)率。此外，需檢測(cè)細(xì)胞膜修飾后納米藥物的生物學(xué)功能，主要包括特異性蛋白和標(biāo)記物的保留情況以及納米藥物安全性、藥物釋放和治療效果。透射電子顯微鏡( TEM) 是常見的檢測(cè)納米藥物形貌和膜包覆效率的儀器，其分辨率可達(dá)0.1～0.2 nm。膜仿生納米藥物能夠在磷鉬酸或醋酸雙氧鈾負(fù)染后呈現(xiàn)典型的雙層的納米顆粒圖像，進(jìn)而分析膜仿生納米藥物的粒徑和計(jì)算樣品中膜包覆納米藥物的比率。動(dòng)態(tài)光散射( DLS) 技術(shù)作為納米粒徑分布和 Zeta 電位檢測(cè)的基本方法，可評(píng)估細(xì)胞膜修飾的粒徑和 Zeta 電位的變化。也可以通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞膜殘留的碳水化合物來(lái)驗(yàn)證細(xì)胞膜包裹效果，如糖蛋白和唾液酸檢測(cè)。最后利用SDS-PAGE凝膠電泳、蛋白質(zhì)印跡( Western blotting) 、酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定( ELISA) 和免疫熒光等表征手段可檢測(cè)膜包覆納米藥物的生物學(xué)功能及膜表面蛋白標(biāo)志物。由于機(jī)體生物膜來(lái)源、膜修飾原理、納米載體功能和負(fù)載藥物不同，上述的表征方法應(yīng)根據(jù)體系區(qū)別設(shè)計(jì)專屬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證納米遞藥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能。

       細(xì)胞膜仿生修飾納米粒在腫瘤治療中的優(yōu)勢(shì)

       1、良好的免疫逃避能力

       納米醫(yī)學(xué)的主要目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)治療性納米載體的體內(nèi)長(zhǎng)循環(huán)，雖然納米?？梢酝ㄟ^(guò)被動(dòng)靶向如穿透和滯留效應(yīng)，及主動(dòng)靶向完成藥物遞送，但是納米粒作為一種外源性物質(zhì)，很容易被機(jī)體的免疫系統(tǒng)識(shí)別并清除，隨后人們使用聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）作為材料減少納米粒的清除，但是研究發(fā)現(xiàn)多次注射聚乙二醇-納米粒后，機(jī)體產(chǎn)生抗聚乙二醇抗體，反而促進(jìn)納米粒被清除。

       細(xì)胞膜仿生納米粒是一種新的仿生方法，通過(guò)將細(xì)胞膜包被在納米粒表面，源自細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)、糖類可以保留在納米粒表面，賦予納米粒天然細(xì)胞膜的相關(guān)表面性質(zhì)和生物學(xué)功能。如使用紅細(xì)胞（red blood cell，RBC）膜包被載有雷帕霉素（rapamycin，RAPA）的聚乳酸-乙醇酸（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA）納米粒，利用細(xì)胞膜固有的自我識(shí)別功能，使納米粒具有逃避免疫系統(tǒng)清除的能力，并且實(shí)現(xiàn)了靶向血管病變部位藥物的按需釋放。巨噬細(xì)胞膜包被納米?？蓽p少免疫細(xì)胞對(duì)納米粒的清除作用，延長(zhǎng)納米粒循環(huán)壽命。此外，白細(xì)胞膜包被的納米多孔硅顆粒也借助白細(xì)胞膜的固有生物學(xué)功能實(shí)現(xiàn)了納米粒的免疫逃避和靶向治療的作用。總之，細(xì)胞膜仿生納米粒利用細(xì)胞膜的天然功能增強(qiáng)了納米粒的生物相容性和免疫逃避能力，極大地延長(zhǎng)了其循環(huán)時(shí)間。

       2、優(yōu)良的藥物裝載能力

       納米粒是一種優(yōu)良的藥物遞送載體，將多個(gè)功能單元與可溶性大分子結(jié)合或通過(guò)共聚物的自組裝可使納米粒裝載各種治療劑或成像劑。并且藥物分子與聚合物骨架的直接結(jié)合允許精確的藥物裝載并增加對(duì)藥物釋放的動(dòng)力學(xué)控制。為此，研究人員設(shè)計(jì)了多種納米載體，如聚合物載體、脂質(zhì)體納米粒和溶致液晶、金屬納米載體和纖維紡絲等，它們都有不俗的藥物裝載和控制釋放能力。

       細(xì)胞膜仿生納米粒將細(xì)胞膜包被于納米粒表面形成核-殼結(jié)構(gòu)，不影響納米粒藥物負(fù)載能力的同時(shí)對(duì)藥物提供更好的保護(hù)作用。將光敏劑TCPP裝載于自然殺傷細(xì)胞（natural killer cells，NK）仿生修飾的納米粒中，通過(guò)光動(dòng)力療法（photodynamic therapy，PDT）治療原發(fā)腫瘤，發(fā)現(xiàn)NK-納米粒的藥物包封率和載藥率與未進(jìn)行膜修飾的納米粒相當(dāng)，而TCPP泄漏明顯減少，說(shuō)明NK-納米粒具有良好的藥物裝載和保護(hù)能力。細(xì)胞膜仿生納米粒良好的藥物裝載和保護(hù)能力在腫瘤治療上可以提高藥物利用率和單劑藥物治療效果。

       3、良好的腫瘤靶向能力

       研究發(fā)現(xiàn)，利用免疫細(xì)胞的腫瘤歸巢作用，能賦予細(xì)胞膜仿生納米粒腫瘤靶向能力，從而對(duì)腫瘤靶向化療表現(xiàn)出積極影響。其次利用細(xì)胞天然的同型或異型黏附性質(zhì)，可以設(shè)計(jì)和構(gòu)建出具有靶向功能的細(xì)胞膜仿生納米粒。如癌細(xì)胞可以對(duì)其同源癌細(xì)胞膜包被的納米粒產(chǎn)生極好的自我識(shí)別內(nèi)化，使納米粒特異性的靶向腫瘤。另外，干細(xì)胞膜仿生修飾的納米粒也呈現(xiàn)良好的腫瘤靶向能力，如利用血小板（platelets，PLT）和癌干細(xì)胞混合膜包被的氧化鐵磁性納米粒能夠主動(dòng)靶向腫瘤，增強(qiáng)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的抑制作用。細(xì)胞膜仿生修飾藥物遞送系統(tǒng)由于良好的靶向性，成為腫瘤治療研究中常見的納米藥物系統(tǒng)。

       4、透血腦屏障能力

       大腦血管內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)各種緊密連接蛋白相互相連，并與腦內(nèi)周細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞相互作用，形成血腦屏障（blood brain barrier，BBB）這一特殊的屏障系統(tǒng)。BBB 嚴(yán)格限制各種物質(zhì)進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，如血液中的炎癥因子、神經(jīng)毒 性物質(zhì)、免疫細(xì)胞等，這一特性使腦部腫瘤治療成為一個(gè)難題。

       細(xì)胞膜仿生納米粒是一種由納米技術(shù)主導(dǎo)設(shè)計(jì)的藥物遞送平臺(tái)，它可以跨越各種生理屏障，包括 BBB，使藥物順利抵達(dá)腦腫瘤部位，增強(qiáng)腦腫瘤部位的藥物積累，進(jìn)一步提高腦腫瘤治療效果。例如有研究表明，中性粒細(xì)胞（neutrophils NEs）膜包被的紫杉醇（paclitaxel PTX）陽(yáng)離子脂質(zhì)體（cationic liposome，CL）可以穿透血腦屏障抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤的術(shù)后復(fù)發(fā)。當(dāng) PTX-CL/NEs、PTX-CL 和 PTX 通過(guò)膠質(zhì)瘤荷瘤小鼠術(shù)后尾靜脈注射，并對(duì)大腦中遞送的PTX 進(jìn)行定量時(shí)，發(fā)現(xiàn)PTX-CL/NEs組PTX在大腦中的積累顯著性高于PTX組和PTX-CL組。這證實(shí)了由術(shù)后炎癥反應(yīng)介導(dǎo)的 PTX-CL/NEs透過(guò) BBB靶向腦腫瘤的優(yōu)越性。

       參考資料

       [1]石雯,胡芳芳,尹鐵英等.細(xì)胞膜仿生修飾納米粒腫瘤治療的研究進(jìn)展[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,2022,49(03):525-539.

       [2]鞏佳琦,趙佳寧,王延鴻等.細(xì)胞膜仿生遞藥系統(tǒng)在腫瘤治療中的研究進(jìn)展[J].醫(yī)藥導(dǎo)報(bào),2022,41(12):1810-1815.

         作者簡(jiǎn)介：小米蟲，藥品質(zhì)量研究工作者，長(zhǎng)期致力于藥品質(zhì)量研究及藥品分析方法驗(yàn)證工作，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事藥品檢驗(yàn)分析及分析方法驗(yàn)證