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靶向脂质体的进展研究
Research Progress on Targeted Liposomes
引言
脂质体(Liposomes)作为一种人工制备的药物递送系统,是将有效成分包封在类脂质双分子层内形成的微型球状载体。相比传统药物制剂,脂质体载药系统具有靶向性和淋巴定向性、延长药物血液循环时间、降低药物毒性、提高稳定性等特点。近年来,脂质体载药系统在抗肿瘤药物、抗精神疾病药物、抗心脑血管药物等领域展示出广阔的应用前景。现就靶向载药脂质体的制备和应用研究综述如下,为脂质体的发展和应用提供进一步的参考。
1脂质体的结构与制备
1.1脂质体的基本结构和特点
脂质体是模仿生物细胞膜的双分子层结构构建的人工膜。通过使两性分子如磷脂分散于水相中,这时分子的疏水部会主动倾向于聚集在一起,避开水相,而亲水部则会暴露在水相,形成类似细胞膜的双分子层结构的封闭囊泡,使脂质体可以轻易和细胞膜融合,有着极佳的生物相容性,可以轻易将包裹在内的指定药物送入细胞内部,从而发挥药效。另外通过不同给药方式或添加特定识别分子可以使脂质体具有优秀的靶向性,从而更精准地发挥药效。脂质体作为药物输送载体,具有高度的靶向性,能可控、缓释药物、并能显著提高药物治疗指数、降低药物的不良反应、克服肿瘤细胞的耐药性、提高药物输送的靶向性等特点。
1.2脂质体的制备方法
1.2.1被动载药法
被动载药,即亲水药物分散在水相中,而疏水药物则位于脂质体的双分子层中。当脂质体形成时,脂质体立即捕获包含先前溶解的亲水药物的水体积。因此,水核内药物的浓度与脂质体包围的水体积的浓度相似。被动载药法适用于脂溶性或水溶性较强的药物,且能获得较高的药物包封率。该方法制备的脂质体药物不易泄露,稳定性好。但是由于脂质体膜不渗透离子和带电药物,不带电的药物会通过脂膜扩散,发生药物泄露,降低脂质体的药物包封率。所以被动载药法对药物的选择性较高,对于某些特定性质的药物如两亲性药物,可能无法达到理想的载药效果。
(1)复乳化-溶剂挥发法
复乳化-溶剂挥发法是通过将脂质体、胆固醇等原料和药物按照一定比例溶在有机溶剂中,再将溶解后的脂质和药加入到含有乳化剂的水相中,通过高速搅拌或乳化形成稳定的乳液,迅速挥发去除有机溶剂,使脂质体在水相中形成。
(2)薄膜分散法
薄膜分散法是将磷脂和胆固醇等类脂及脂溶性药物溶于有机溶剂,再将有机溶剂旋转减压蒸干,使磷脂在容器内部形成一层薄膜,再加入一定量的缓冲溶液,充分振荡使脂质膜水化脱落,从而得到脂质体。
(3)溶剂注入法
溶剂注入法分为乙醇注入法和乙醚注入法。该方法是将磷脂与胆固醇等类脂及脂溶性药物溶于乙醇或乙醚中,通过细孔针头慢慢注入到约60℃或减压缓冲溶液中,即可形成粗脂质体。
(4)逆向蒸发法
逆向蒸发法的基础在于“反胶束”的形成。在反胶束形成后,缓慢除去有机相使反胶束转变成凝胶状,直至部分反胶束破裂。反胶束破裂产生过量磷脂,反过来在余下的胶束周围形成完整的双分子层,形成囊泡。
1.2.2主动载药法
主动载药法,即在脂质体形成后,通过创建一个跨膜pH或离子梯度,驱动药物通过脂质双分子层。通过药物的脂膜扩散,药物从不带电变成质子化,抑制药物的脂膜扩散,提高脂质体的药物包封率,从而实现对药物的主动包封。该法适合两亲性药物,能减少药物渗漏,显著提高药物的包封率和稳定性。
(1)pH梯度法
pH梯度法的核心是利用弱酸或弱碱性药物在不同pH环境中的解离状态差异。通过调节脂质体内外水相的酸碱性,建立跨膜pH梯度,使药物在梯度驱动下从高浓度区域向低浓度区域扩散,从而被包封到脂质体内部。
(2)硫酸铵梯度法
硫酸铵梯度法利用硫酸铵溶液作为脂质体的内水相,通过去除外水相中的硫酸铵,形成内外水相的硫酸铵浓度梯度。内水相中的NH₄⁺分解为NH₃和H⁺,NH₃可以透过脂质体双分子层溢出,而H⁺被困在内水相中,导致内水相pH值下降,形成酸性环境。弱碱性药物进入内水相后会变成离子态并与硫酸根成盐,从而降低跨膜能力,药物最终在脂质体内部累积。
(3)醋酸钙梯度法
醋酸钙梯度法是一种利用醋酸钙浓度梯度来主动包封药物的脂质体制备方法。其原理是利用醋酸的跨膜能力远大于钙离子,醋酸能将质子带出脂质体,形成碱性的内水相。弱酸性药物进入脂质体后形成离子并累积,从而提高药物的包封率。
2靶向脂质体的靶向修饰
2.1mPEG-DSPE修饰
mPEG-DSPE修饰的脂质体或纳米粒子能够包裹药物,通过血液循环到达目标部位,实现药物的靶向递送和控制释放。这种修饰方式提高了药物的安全性和疗效,降低了药物副作用。有文献报道,与市售热门药物紫杉醇注射液相比,采用mPEG-DSPE修饰的脂质体t1/2β延长了9.01 h,药物体内滞留时间显著延长。这一现象因采用mPEG-DSPE表面修饰脂质体,脂质体被血液成分的清除效率显著降低。在细胞成像应用中,其血浆清除率为注射液的1/3左右。mPEG-DSPE还可以用于细胞成像和生物标记,与荧光染料或荧光标记的分子结合的这种修饰方式有助于实现细胞内可视化成像,为生物医学研究提供有利工具。
在进行mPEG-DSPE修饰时,为确保修饰的成功和产物的纯度,需要严格控制温度、时间和pH值等反应条件。在选择靶向配体时,需考虑其与mPEG-DSPE的相容性、靶向性以及反应活性等因素,以确保修饰后的产物具有预期的功能和效果。在将mPEG-DSPE修饰的产物应用于生物体之前,为确保其安全性需要对其进行生物安全性评估。
2.2多肽修饰
多肽由于具有靶向性、免疫原性低以及稳定性较高的特点,是载药脂质体被广泛应用的靶向配体。根据其生物学活性,大致分为靶向活性肽、细胞穿膜肽和靶向细胞穿膜肽。由于大多数活性多肽不能同时具有穿膜活性以及较强的靶向能力,因此可通过细胞穿膜肽和靶向活性肽共同修饰脂质体,提高脂质体在靶向部位的聚集。如靶向修饰肽CREKA(Cys-Arg-Glu-Lys-Ala),能特异性地识别并结合肿瘤中的纤维蛋白,纤维蛋白在肿瘤部位通常高度沉积,所以由CREKA修饰的脂质体能够特异性地将药物送到肿瘤及其周边微环境中,实现药物的精准递送。
2.3糖类及其衍生物修饰
糖类及其衍生物通过与体内特异性受体结合,增加其靶向修饰的药物载体的靶向性以及靶向部位的药物浓度,减少药物对非靶向器官的毒副作用。研究表明,经半乳糖修饰的脂质体,通过靶向作用于肝细胞膜上的去唾液酸糖蛋白受体,增加肝脏的药物浓度,提高药物生物利用度。同时,甘露醇及衍生物靶向修饰脂质体能提高药物肺部靶向性。
2.4细胞膜修饰
细胞膜涂层的脂质体能够逃避免疫监控、增加其特异分布以及血液循环时间,在药物运输、免疫调节等领域取得一定成效。根据细胞膜的理化性质,分为红细胞膜、白细胞膜、血小板膜等生物膜,均能赋予脂质体逃避免疫系统的识别和攻击、靶标识别能力。红细胞膜通过其表面的CD47跨膜蛋白能够结合多种蛋白质,极大程度改善脂质体的生物相容性。如白细胞膜主要分为中性粒细胞膜和巨噬细胞膜,其中中性粒细胞包被的脂质体特异性作用于炎症或肿瘤部位,具有一定的靶向性和抗肿瘤能力(如图 1所示)。血小板膜能够包裹脂质体,与内皮细胞、胶原细胞结合,抑制巨噬细胞的识别和吞噬,赋予脂质体血小板相似的生物学特性,这种修饰能延长该脂质体载药纳米粒在血液循环中存在的时间,能够提高药物的生物
利用度,降低毒副作用。
2.5抗体修饰
抗体是目前被广泛应用的特异性配体,通过与功能性PEG共价连接而靶向修饰载药脂质,增加脂质体在肿瘤部位的靶向性,进而降低药物的毒副作用,提高疗效。单克隆抗体修饰的脂质体具有免疫原性低、不易产生脱靶效应等特点,专一性地作用于某一特定抗原。然而大多数单克隆抗体由于存在靶向性较低且抗原阴性逃逸的问题,导致其在疾病治疗领域的疗效有限。除了采用单克隆抗体外,抗体的功能片段修饰的脂质体也能增加靶向部位的药物浓度。由于抗体Fab片段不易受到免疫细胞影响,经抗体Fab片段偶联的脂质体特异性识别并高度富集在肿瘤部位,有效抑制肿瘤细胞增殖。
2.6小分子化合物修饰
小分子化合物通过高选择性地结合于病变细胞内外的受体,驱动小分子靶向性探针选择性地聚集在病变组织。与单克隆抗体相比,小分子配体具有较高的肿瘤靶向性、细胞渗透性以及较长的半衰期,因此在肿瘤治疗领域受到广泛关注。研究表明,叶酸是一种水溶性维生素,通过特异性识别糖基化磷脂酰肌醇连接的膜蛋白,提高脂质体对肝癌细胞的抑制作用以及降低药物毒性。除此之外,甘草次酸及其衍生物修饰的脂质体能够特异性识别肝癌细胞,有效改善生物分布、提高脂质体的抗肿瘤作用。
2.7核酸适配体修饰
由于单链DNA或RNA寡核苷酸的三维结构能够特异性识别细胞表面蛋白,人工合成的核酸适配体成为新一类靶头。虽然其具有较强的细胞内化速度以及目标多样性的特点,但仍存在构象稳定性不足的问题。研究表明,RNA、DNA适配体修饰的脂质体能够提高脂质体对癌细胞的转运和治疗效果,有效抑制肿瘤的生长。同时,脂质体能够增强核酸的稳定性,增加核酸适配体的血液循环时间。
3靶向脂质体在疾病治疗中的应用研究
3.1作为肺部疾病治疗载体的应用
肺部疾病的治疗中,药物往往存在靶向性差,生物利用度低,具有明显毒副作用的情况,如肺动脉高压(Pulmonary hypertension, PH)的治疗,PH是一大类以肺血管结构或功能改变、肺动脉阻力增加为特征,表现为肺动脉压力升高并呈进行性发展,最终导致右心室功能障碍、衰竭的恶性肺血管疾病。常规PH治疗药物如紫杉醇制剂由于其自身及溶剂的特性,可能引起严重的过敏反应、消化系统反应、骨髓抑制、神经毒性及静脉炎、毛囊炎等不良反应,并且其不良反应会随剂量增加而加重。但借助脂质体本身极佳的生物相容性,并修饰相应的靶向配体可明显降低 PH治疗药物的毒副作用,有效提高药物生物利用度及疗效。这也适用于其他肺部疾病的靶向治疗,如巨噬细胞特异性抗体F4/80修饰的脂质纳米颗粒MacLNP可用于靶向治疗病毒性肺炎,发现装载siRNA的脂质纳米颗粒MacLNP能够显著改善流感感染诱导的肺损伤。
3.2作为抗肿瘤、抗癌药物载体的应用
在治疗肿瘤与癌症方面,靶向脂质体可以起到出众的效果,例如脑癌。脑癌被认为是最具毁灭性的疾病之一,因为它很难治疗和治愈,由于血脑屏障的存在,它排除了超过98%的小分子和几乎100%的大分子的通过。而且大脑对于生物来说是异常重要且脆弱的器官,但凡使用的药物及载体发挥失常一点点,都会导致毁灭性的结果。因此在癌症治疗中必须保证在期望的肿瘤部位保持期望的治疗剂浓度,这可以防止它们扩散到健康组织中。所以需要一种适宜的方法来制备能够穿过血脑屏障并靶向癌症细胞的药物载体,从而提高诊断和治疗的机会、效率和患者存活率,同时减少对正常细胞的副作用,这时靶向脂质体由于其出众的安全性、生物相容性和生物可降解性而被认为是治疗脑癌的理想候选物。这也使得靶向脂质体成为了最早被批准应用于临床癌症与肿瘤治疗的载药系统,目前已经被用于治疗卡波西肉瘤、卵巢癌和多发性骨髓瘤等多种疾病。
3.3作为抗菌药物载体的应用
脂质体由于其类细胞膜的双分子层结构, 能与致病细菌发生膜融合, 破坏细菌的膜结构的同时在细菌胞质内高浓度释放药物, 实现对致病菌的有效杀伤。脂质体还允许各种不同化学基团对其表面进行修饰使其可用于多种药物的靶向递送,如今已广泛应用于众多抗菌药物的制备中。如PEG修饰的载青霉素的长循环脂质体已被设计制备,可以实现脂质体的靶向递送的同时,使青霉素进入细菌内部,做到更高效的杀灭细菌。
3.4作为生物分子载体的应用
脂质体因其良好的生物相容性、生物降解性、细胞摄取性以及化学可扩展性而被认为是口服药最有前景的候选载体。可作为生物分子载体来应用,如胰岛素是体内唯一降低血糖的激素,是治疗糖尿病的关键,但在胃中胰岛素容易受到蛋白酶的破坏,如果将脂质体用作胰岛素的载体,则可以防止胰岛素被酸及蛋白酶破坏,保持活性。可应用于多种蛋白质激素类药物的给药。如负载生长激素的脂质体凝胶使生长激素作为一类水溶性蛋白质更好地得到保护。相比于游离生长激素凝胶,负载生长激素的脂质体凝胶在一定程度上延缓了其释放。
4展望
脂质体作为一种优秀的药物载体,在纳米制剂发展进程中显现出独特的优势。相比传统药物制剂,脂质体载药系统具有靶向性和淋巴定向性、延长药物血液循环时间、降低药物毒性、提高稳定性等特点。尽管靶向脂质体应用于临床仍面临着许多挑战,但随着脂质体制备技术的不断发展以及科学技术的不断进步,相信靶向脂质体作为药物载体在临床的治疗及诊断等方面将会有更好的应用前景,未来也会有更多的新型脂质体药物用于临床治疗。
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