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如何实现纳米药物的靶向递送?

发布日期:2023/3/21 9:21:19

脂质体及聚合物作为纳米药物的常用载体,在药物合成方面已取得了巨大的成功,但在靶向递送方面,仍存在着诸多挑战,纳米药物该如何实现靶向递送呢?


在谈论靶向之前,先要了解一个关键的药理学概念,以器官靶向为例:器官靶向药物输送不是将所有给药剂量都输送到目标器官,而是提供足够的剂量以达到所需的生物效果,同时限制脱靶积累的毒性;即使大部分注射剂量没有到达目标器官,也应该足以引起生理效应并为患者提供益处。


靶向方式分类



纳米药物靶向的方式多种多样,总的来讲,可以分为三大类(如图1)。

图1.  靶向方式归类图



被动靶向


被动靶向依赖于调整纳米颗粒的物理性质,如大小、形状、硬度和表面电荷,使其与解剖学及生理学相结合。例如,调节纳米颗粒的大小可以确定纳米颗粒从不连续的血管(如肝脏和脾脏中的血管)外渗的趋势。



主动靶向



主动靶向包括用化学或生物的方法修饰纳米颗粒的表面,使其特异性地与靶器官高度表达的受体或其他细胞因子相结合。例如,用单克隆抗体修饰纳米颗粒,以使核酸传递到难以转染的免疫细胞中。



内源性靶向



内源性靶向包括设计纳米颗粒的组成,使其在注射时与血浆蛋白的一个不同的亚群结合,从而将其引导到目标器官并促进特定细胞的摄取。例如,参与体内胆固醇运输的蛋白质已被证明是脂质纳米颗粒有效的肝细胞传递所必需的。


对比而言,被动靶向和内源性靶向的设计度与可控性相对较低,主动靶向自然成为了靶向递送的研究焦点。在肝外靶向的研究中,就涉及了较多的主动性靶向,表1也列出了多种肝外给药的纳米颗粒组合物。

表1. 用于肝外给药的纳米颗粒组合物


靶向修饰方法






药物靶向本质上为官能团之间的相互作用,即纳米药物表面的核心基团与受体部位的基团进行化学结合。以脂质纳米颗粒为例,载体组分中的PEG脂质多位于颗粒表面且本身易于修饰,因此,可以在PEG脂质上加载受体部位的结合基团以实现靶向目的。以下列举了几种常见的PEG脂质修饰方法。



马来酰亚胺修饰



使用DSPE-PEG2000-马来酰亚胺作为功能化PEG脂质,替换LNP中一定摩尔量的聚乙二醇脂质,通过其取代的羧基端半胱氨酸直接与肽偶联,可以形成肽靶向的纳米粒子。再如SS-31,一种线粒体靶向的四肽,具有巯基,只需与马来酰亚胺标记的脂质纳米颗粒孵育,即可进行硫酰马来酰亚胺偶联。



NHS修饰



NHS酯通常用于标记胺基生物分子。NHS酯与胺基的反应具有pH依赖性,结合的pH值与生理环境的pH值相同。使用DMG-PEG-COOH-NHS作为功能化PEG脂质,替换LNP中一定摩尔量的聚乙二醇脂质,通过在C端添加赖氨酸修饰MH42,并通过其侧链的伯胺偶联,可以形成肽靶向的纳米粒子。


同样,许多具有胺基的抗体和靶向肽也可通过该反应偶联到脂质纳米颗粒上:乳铁蛋白可特异性结合活化的结肠巨噬细胞上的LRP-1,实现细胞靶向抗炎治疗;还有较为熟知的程序性死亡配体1单克隆抗体的应用。



氨基修饰



氨基有利于醛酮分子的化学选择性附着。甘露聚糖还原端醛基与氨基羧基修饰的脂质之间肟偶联反应的正交特性保证了脂质纳米颗粒表面多糖分子的取向。甘露聚糖受体靶向脂质体既可以作为抗菌药物递送的载体,也可以作为用于免疫治疗的重组疫苗的载体。



DBCO修饰



DBCO标记可促进巯基-炔反应,并可选择性偶联荧光探针、亲和标记和细胞毒性药物分子。例如,抗体scFv-N3可被有效地偶联到DBCO修饰的脂质纳米颗粒上。研究发现,抗体修饰的脂质纳米颗粒可穿越血脑屏障,并诱导脑特异性积累,以治疗中枢神经系统疾病。


结论:

人体复杂的生化环境给纳米药物的靶向递送制造了诸多阻力。在实际探索中,被动靶向,主动靶向和内源性靶向,可作为靶向设计的联合工具,在寻找绝对的靶向位点、真实的靶向机理与达到实际的靶向效果之间寻求平衡。在此当中,主动性靶向的尝试值得支持,正如文中所讲PEG脂质的各种修饰方式,大量的设计性尝试定能排除越来越多的靶向干扰因素,朝靶向机理的挖掘处更深一步。


参考文献:


1.    Menon, Ipshita et al. “Fabrication of active targeting lipid nanoparticles: Challenges and perspectives.” Materials Today Advances (2022): n. pag.


2.    Dilliard, S.A., Siegwart, D.J. Passive, active and endogenous organ-targeted lipid and polymer nanoparticles for delivery of genetic drugs. Nat Rev Mater (2023).


3.    Herrera-Barrera, Marco et al. “Peptide-guided lipid nanoparticles deliver mRNA to the neural retina of rodents and nonhuman primates.” Science Advances 9 (2023): n. pag.




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