趙 宇,曹琬晴,2,劉 陽,2

(1.南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院,功能高分子材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.化學(xué)國家級(jí)教學(xué)示范中心(南開大學(xué)),天津 300071)

納米材料是指尺寸界于 1～1000 nm之間的材料,其組分多樣,形貌各異.因其特殊的尺寸和表面特性,納米材料展現(xiàn)出眾多傳統(tǒng)材料所不具備的理化性質(zhì).近年來,越來越多的納米材料開始逐漸進(jìn)入公眾的日常生活.在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,納米技術(shù)引起了人們極大的關(guān)注,并被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前景的材料之一.這是由于納米技術(shù)有望解決常規(guī)治療制劑在給藥過程中面臨的水溶性差、 靶向能力不足、 非特異性分布、 全身毒性高和治療指數(shù)低等問題[1].在過去幾十年中,納米技術(shù)和新型納米材料研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展,為多種疾病的有效治療提供了新的選擇,更為社會(huì)的公共健康事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn).目前,科學(xué)家們已研發(fā)出多種納米載藥體系,如納米脂質(zhì)體、 納米膠束、 納米凝膠、 納米囊泡及無機(jī)納米顆粒等.為了進(jìn)一步提高納米藥物載體的藥代動(dòng)力學(xué),增強(qiáng)靶向釋藥和減少有毒藥物在健康組織滯留帶來的毒副作用,針對(duì)不同疾病的病理特征而開發(fā)的刺激響應(yīng)型納米藥物載體應(yīng)運(yùn)而生.經(jīng)過精確設(shè)計(jì)的靶向控釋納米藥物載體有望為生物醫(yī)學(xué)和納米醫(yī)學(xué)注入新鮮活力[2].

高分子聚合物因制備方法簡(jiǎn)單且易于修飾而被廣泛應(yīng)用于納米藥物載體的構(gòu)建及制備.本文詳細(xì)介紹并論述了聚合物納米藥物載體的種類和結(jié)構(gòu),包括脂質(zhì)體、 聚合物膠囊、 聚合物膠束、 聚合物納米球、 樹枝狀聚合物和納米凝膠等; 系統(tǒng)介紹了基于納米藥物載體的幾種內(nèi)源性刺激響應(yīng)體系和外源性刺激響應(yīng)體系; 并通過具體介紹一些有代表性實(shí)例來闡明其在癌癥靶向治療、 蛋白質(zhì)代謝類疾病及抗菌方面的應(yīng)用.

1 聚合物納米藥物載體

高分子均聚物、 共聚物(如兩親性嵌段聚合物)和天然聚合物已廣泛應(yīng)用于各類聚合物納米藥物載體的設(shè)計(jì)與制備,以期將藥物安全高效地遞送至病灶部位.下面將對(duì)幾類常見的聚合物納米藥物載體做詳細(xì)介紹.

1.1 脂質(zhì)體

Fig.1 Schematic illustration of liposome and PEGylated liposomes structure

脂質(zhì)體是研究最多的納米藥物載體之一,是一類具有雙分子層結(jié)構(gòu)的球狀載體,直徑在25～1000 nm范圍內(nèi).這類遞送體系可保護(hù)所負(fù)載的藥物免于被血液中的生物降解或化學(xué)降解,并以合適的方式使藥物在病患部位釋放(圖1).目前,在小鼠和人體的臨床試驗(yàn)中,脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)已被應(yīng)用至包括疏水性藥物和生物大分子藥物在內(nèi)的多種抗癌藥物的靶向遞送[3].例如,脂質(zhì)體阿霉素(Doxil?)和脂質(zhì)體紫杉醇(LEP-ETU,EndoTAG?-1,Lipusu?)已獲得美國食品藥品管理局(FDA)的批準(zhǔn),并廣泛應(yīng)用于治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌、 卵巢癌、 黑色素瘤和卡波西氏肉瘤等,同時(shí)也極大地降低了藥物對(duì)患者心臟產(chǎn)生的毒性[4].生物大分子類藥物,如L-天冬酰胺酶,可被有效包載在脂質(zhì)體的親水空腔中.與游離酶相比,經(jīng)過脂質(zhì)體載藥體系包載的酶具有更長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間和較弱的體內(nèi)急性毒性.近年來,新一代聚乙二醇(PEG)脂質(zhì)體在防止蛋白非特異性表面黏附及延長(zhǎng)體內(nèi)循環(huán)時(shí)間等方面表現(xiàn)出更加優(yōu)越的性能.此外,肽及單克隆抗體等靶向配體的引入賦予脂質(zhì)體載藥體系主動(dòng)靶向功能,使其高效富集于腫瘤組織及腦內(nèi)等病灶部位.2012年,Zhu等[5]報(bào)道了一種具有“智能”表面多功能的脂質(zhì)體載藥遞送系統(tǒng),該脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)可對(duì)腫瘤微環(huán)境中高表達(dá)的基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP2)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性解體,從而高效地將藥物靶向遞送至癌細(xì)胞中.該脂質(zhì)體載藥系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括: (1) 親水性和柔性PEG鏈延長(zhǎng)了脂質(zhì)體的血液循環(huán)時(shí)間; (2) PEG末端修飾的靶向抗體mAb 2C5可特異性識(shí)別腫瘤細(xì)胞; (3) PEG鏈和脂質(zhì)體之間的MMP 2敏感肽鍵可在腫瘤組織中斷裂,以脫去PEG; (4) 在PEG脫去后,細(xì)胞穿膜肽(TAT)暴露并增強(qiáng)癌細(xì)胞對(duì)藥物的攝取.2019年,Shi等[6]開發(fā)了一種能夠跨越血腦屏障實(shí)現(xiàn)溫敏靶向釋藥的雙重功能脂質(zhì)體載藥系統(tǒng),其脂質(zhì)體內(nèi)負(fù)載超順磁氧化鐵納米顆粒,可通過交變磁場(chǎng)將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能,繼而引發(fā)熱敏脂質(zhì)體釋放藥物分子阿霉素(DOX).

1.2 聚合物膠囊

聚合物納米膠囊由核-殼結(jié)構(gòu)組成.殼通常為線狀或網(wǎng)狀高分子聚合物,多用于遞送生物大分子類藥物(圖2).納米膠囊具有如下優(yōu)點(diǎn): (1) 聚合物外殼可增加所負(fù)載的蛋白質(zhì)和核酸的穩(wěn)定性,使其免受蛋白酶和核酸酶的降解; (2) 可通過篩選不同的功能單體或交聯(lián)劑來調(diào)控納米膠囊的性質(zhì),如表面電荷、 長(zhǎng)循環(huán)性和可降解性; (3) 直徑約為30 nm的納米膠囊有利于延長(zhǎng)血液循環(huán)時(shí)間[7].

Fig.2 Synthesis of the nanocapsule

為了使蛋白質(zhì)遞送效率最大化,通過自由基聚合構(gòu)筑的可降解納米膠囊可快速將目的蛋白遞送至胞內(nèi),并在胞內(nèi)信號(hào)的刺激下響應(yīng)釋放.2013年,Gu等[8]采用正電性單體和谷胱甘肽響應(yīng)(二硫鍵)的可降解交聯(lián)劑.通過原位聚合方法制備了重組麥芽糖結(jié)合蛋白融合凋亡蛋白(MBP-APO)納米膠囊.當(dāng)納米膠囊暴露于腫瘤細(xì)胞的還原性環(huán)境中時(shí),聚合物外殼降解,釋放被包載的治療蛋白.隨后,Gu等[9]又開發(fā)出一系列環(huán)境響應(yīng)型降解的蛋白質(zhì)納米膠囊,以實(shí)現(xiàn)有效的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)遞送.此外,核酸類藥物也可包載在納米膠囊中.2015年,Liu等[10]報(bào)道了一種負(fù)載小干擾RNA(miRNA)的納米膠囊,該納米膠囊可顯著增強(qiáng)miRNA(AS-miR-21)的穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)高效的胞內(nèi)遞送,最終抑制荷瘤小鼠腫瘤部位血管的生成并抑制腫瘤生長(zhǎng).此外,納米膠囊還可通過設(shè)計(jì)獨(dú)特的聚合物外殼,在不影響蛋白藥物活性的前提下,提高被包載蛋白在血液中的長(zhǎng)循環(huán)能力.Liang等[11]報(bào)道了一類磷酰膽堿聚合物(Phosphorylcholine polymer)包載的蛋白納米膠囊,這種外殼可降低血液中調(diào)理素介導(dǎo)的單核細(xì)胞清除作用,進(jìn)而顯著延長(zhǎng)被包載蛋白的血液循環(huán)時(shí)間,為有效治療代謝類疾病提供了可行途徑.

1.3 聚合物膠束

聚合物膠束是一類由兩親性表面活性劑分子構(gòu)成的球形聚集體.在水溶液中分散時(shí),其親水性“頭部”位于表面,疏水性“尾部”位于內(nèi)核.聚合物膠束具有很好的穩(wěn)定性和較高的載藥率,且可實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放.聚合物膠束最重要的特性之一是能夠增加難溶性藥物的溶解度和生物利用率,水溶性差的藥物可被包載在膠束的疏水核中.聚合物膠束多為由兩親性的嵌段共聚物組成的自組裝顆粒,如聚乙二醇-b-聚乳酸(PEG-b-PLA)、 聚乙二醇-b-聚(ε-己內(nèi)酯)(PEG-b-PCL)等(圖3)[12].Li等[13]報(bào)道了一種粒徑小于200 nm的聚合物膠束,該膠束由膽固醇與PEG偶聯(lián)構(gòu)成,PEG末端修飾細(xì)胞穿膜肽(TAT,YGRKKRRQRRR).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此聚合物膠束可在大鼠模型中靶向星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元,并能夠在5～6 h內(nèi)持續(xù)釋放藥物.Saw等[14]報(bào)道了一種高細(xì)胞滲透性膠束.他們?cè)谥苽溥^程中引入4%～10%PEG修飾的磷脂分子,得到了均一的超小球形膠束(直徑12 nm).該膠束具有較長(zhǎng)的血液循環(huán)性,而且能夠被細(xì)胞快速吞噬并進(jìn)行藥物釋放.通過負(fù)載抗癌藥物多西他賽(DTX)對(duì)該體系進(jìn)行評(píng)估,該膠束的半抑制率(IC50)僅為PEG修飾的脂質(zhì)體的1/5,顯示出更有效的載藥和釋藥效果.Shi等[15]報(bào)道了一種由聚(β-氨基酯)-b-聚(ε-己內(nèi)酯)和聚乙二醇-b-聚(ε-己內(nèi)酯)構(gòu)成的表面微相分離復(fù)合膠束,針對(duì)腫瘤微環(huán)境與正常組織中pH的差異,β-氨基酯在酸性環(huán)境中質(zhì)子化,完成膠束表面電荷由負(fù)向正的轉(zhuǎn)變,進(jìn)而高效地實(shí)現(xiàn)腫瘤組織的滯留和腫瘤細(xì)胞的攝取.實(shí)驗(yàn)表明,負(fù)載抗癌藥物DOX的膠束可將DOX安全遞送至腫瘤細(xì)胞內(nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的有效抑制.Lu等[16]報(bào)道了一類負(fù)載姜黃素且活性氧(ROS)響應(yīng)釋藥的聚合物膠束來緩解老年癡呆(AD)患者腦內(nèi)的炎癥病變.此膠束通過表面接枝靶向腦上皮細(xì)胞表面晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)的短肽而高效越過血腦屏障.進(jìn)入腦組織后,由于老年癡呆患者腦內(nèi)ROS水平的升高,膠束響應(yīng)性解體,將姜黃素靶向釋放至腦內(nèi).此策略可有效緩解腦組織中早期AD的癥狀,改善記憶損傷.

Fig.3 Selected examples of PEG-containing block polymers which can be self-assembled to form polymeric micelles for drug delivery(A) and the representative structure of polymeric micelles(B)[12] Copyright 2018,The Royal Society of Chemistry.

1.4 聚合物納米球

聚合物納米球由致密的聚合物基質(zhì)組成,能夠有效負(fù)載(包埋、 吸附或化學(xué)偶聯(lián))各類藥物.由于在載藥方面的潛力,這些納米顆粒目前已被廣泛應(yīng)用于疾病的診斷及治療.殼聚糖、 聚乳酸-co-聚乙醇酸(PLGA)、 聚乳酸(PLA)和聚氰基丙烯酸丁酯(PBCA)是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中最常用于構(gòu)筑納米球的聚合物.

殼聚糖是通過幾丁質(zhì)的堿性脫乙酰作用獲得的天然線性多糖,由無規(guī)分布的β-(1,4)位連接的D-氨基葡萄糖和N-乙?；?D-氨基葡萄糖組成(圖4).殼聚糖是一種具有高度生物相容性和生物降解性的聚合物,可以獨(dú)立作為納米載藥體系發(fā)揮作用[17].載有神經(jīng)活性藥物的殼聚糖納米顆粒在經(jīng)過表面靶向修飾后,靜脈內(nèi)給藥能夠有效穿越血腦屏障并在目標(biāo)部位發(fā)揮治療作用[18].細(xì)胞凋亡蛋白酶-3(Caspase-3)是一種蛋白酶,在介導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞死亡過程中發(fā)揮著重要作用.2012年,Yemici等[18]報(bào)道了一種載有Caspase-3抑制劑的PEG-殼聚糖納米顆粒.他們將anti-腦上皮細(xì)胞表面轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(anti-TfR)單克隆抗體結(jié)合在PEG鏈的末端以增強(qiáng)穿過血腦屏障(BBB)的效率.體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與未修飾anti-TfR的納米顆粒相比,anti-TfR單克隆抗體修飾的PEG-殼聚糖納米顆粒能夠更大程度地靶向腦部.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在使用負(fù)載高劑量Caspase-3抑制劑的PEG-殼聚糖納米顆粒治療小鼠后,Caspase-3的活性被顯著抑制,呈現(xiàn)出良好的神經(jīng)保護(hù)作用.

PLGA是用于制備聚合物納米球的常見的聚合物之一.PLGA是一種具有高生物相容性及生物降解性的共聚物[17],可以通過改變?nèi)樗岷鸵掖妓嶂g的摩爾比及聚合物分子量來調(diào)節(jié)PLGA納米粒子的釋藥特性.在疾病治療方面,PLGA納米顆粒的釋放動(dòng)力學(xué)優(yōu)于脂質(zhì)體和聚合物膠束.PLGA納米顆粒的缺點(diǎn)主要是蛋白質(zhì)對(duì)聚合物的不可逆吸附(稱為“蛋白質(zhì)電暈”).修飾后的PLGA納米顆?？山档偷鞍踪|(zhì)的非特異性吸附,進(jìn)而顯著增強(qiáng)其血液長(zhǎng)循環(huán)能力[19].通常通過添加PEG、 聚乙烯醇(PVA)和人血清白蛋白(HSA)等穩(wěn)定劑和包被泊洛沙188[20]和聚山梨酯80(PS 80)[21]等表面活性劑可延長(zhǎng)PLGA納米顆粒的血液循環(huán)時(shí)間.此外,由于PLGA納米顆粒具有較高的生物降解性和生物相容性,因此其細(xì)胞毒性或炎癥作用可忽略不計(jì)[22].

Fig.4 Preparation and chemical structure of chitosan

Fig.5 Chemical structure of the generation 1 cationic PAMAM dendrime

1.5 樹枝形聚合物

樹枝狀聚合物是具有重復(fù)單元的分支狀聚合物,在水溶液中呈球狀對(duì)稱形態(tài)(圖5).作為治療疾病的納米藥物載體,研究最多的樹狀大分子有聚酰胺基胺(PAMAM)、 聚醚-共聚酯(PEPE)、 聚醚亞胺(PETIM)、 基于賴氨酸的(PLL)、 聚丙烯亞胺(PPI)、 沒食子酸-三甘醇(GATG)、 碳硅烷和磷樹枝狀聚合物等.

這些樹枝狀大分子具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì): (1) 球形、 高支化結(jié)構(gòu)、 載藥方式多樣; (2) 單分散性、 低黏度、 負(fù)載能力高; (3) 納米尺寸可控; (4) 末端氨基便于功能化修飾[17],因此具有介導(dǎo)不同藥物向病灶組織遞送的特性.樹枝狀聚合物獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致顆粒外圍較致密,而內(nèi)核較疏松,可用于包載小分子藥物、 核酸、 治療性蛋白及診斷制劑等各類藥物; 樹枝狀分子表面富含氨基,也可以通過化學(xué)偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的負(fù)載[23].例如,2008年Ke等[24]將PEG化的PAMAM和DNA通過靜電作用力進(jìn)行組裝,制備了PAMAM-PEG/DNA納米顆粒,其在靜脈注射后,可經(jīng)血液循環(huán)有效將藥物遞送至目標(biāo)組織.此外,還可通過在樹枝狀大分子表面修飾各類生物靶向多肽或抗體來增強(qiáng)主動(dòng)靶向效果[25].同樣運(yùn)用PAMAM樹枝形聚合物,Wu等[26]設(shè)計(jì)了一種放療與化療結(jié)合的刺激響應(yīng)性載藥系統(tǒng).他們?cè)赑AMAM聚合物表面修飾L-半胱氨酸(L-Cys),一方面,L-Cys的巰基可以清除自由基以充當(dāng)放療保護(hù)劑; 另一方面,巰基結(jié)合成的二硫鍵能夠用于引發(fā)抗癌藥物的釋放.低劑量的γ射線(5 Gy)引發(fā)生成ROS,使二硫鍵斷裂,從而釋放抗癌藥物DOX.

1.6 聚合物納米凝膠

納米凝膠是具有三維(3D)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚合物納米顆粒.納米凝膠通常具有高水含量、 高比表面積和良好的生物相容性等特點(diǎn),在各類藥物的遞送方面表現(xiàn)出大小可控、 易于構(gòu)建多價(jià)界面、 便于功能性生物修飾、 可負(fù)載生物分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、 在血液循環(huán)中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及可生物降解等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),可持續(xù)釋放藥物[27].可首先利用共價(jià)鍵、 氫鍵、 范德華相互作用或物理纏結(jié)等化學(xué)和物理誘導(dǎo)的交聯(lián)合成不含藥物的聚合物納米凝膠,然后使凝膠在水中溶脹,進(jìn)而負(fù)載藥物.Azadia等[28]使用殼聚糖和三聚磷酸鈉(TPP)通過離子凝膠化工藝制備了負(fù)載甲氨蝶呤(MTX)的納米凝膠.載有MTX的納米凝膠表面涂有表面活性劑PS 80,以增強(qiáng)其血液循環(huán)能力.體外累積釋放曲線符合non-Fickian擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程,表明這種釋放行為受納米凝膠中聚合物網(wǎng)絡(luò)的膨脹和分解影響.靜脈內(nèi)給藥后,與游離藥物相比,納米凝膠可顯著提高病患部位的MTX濃度.2018年,Gu等[29]設(shè)計(jì)了一種治療性的納米水凝膠,當(dāng)原位注射至腫瘤內(nèi)后,被包載的吉西他濱(GEM)及免疫檢查點(diǎn)抑制劑抗PD-L1抗體(aPDL1)響應(yīng)釋放,實(shí)現(xiàn)了化療免疫協(xié)同抑瘤.此凝膠可實(shí)現(xiàn)ROS響應(yīng)性降解,在富含ROS的腫瘤微環(huán)境內(nèi)程序化釋放治療藥物.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,含aPDL1-GEM的納米凝膠在荷瘤小鼠中顯著促進(jìn)了免疫介導(dǎo)的腫瘤殺傷,從而極大地預(yù)防了腫瘤切除后的復(fù)發(fā).2019年,Zha等[30]通過在制備過程中精準(zhǔn)調(diào)控pH,誘導(dǎo)明膠蛋白納米粒子表面由負(fù)電性轉(zhuǎn)為正電性,并與帶負(fù)電的類黑色素聚多巴胺顆粒發(fā)生靜電吸引,制備出一種新型可注射水凝膠.此水凝膠對(duì)腫瘤弱酸性微環(huán)境和腫瘤高表達(dá)的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-2/9)高度敏感.包載化療藥物阿霉素的水凝膠在注射至腫瘤組織后,可實(shí)現(xiàn)腫瘤局部長(zhǎng)效的藥物釋放.此外,凝膠中類黑色素聚多巴胺粒子的存在使該材料可同時(shí)實(shí)現(xiàn)近紅外光誘導(dǎo)的熱促藥物釋放及腫瘤的熱化療協(xié)同治療,最終提高腫瘤治療效率.

2 聚合物納米藥物載體的響應(yīng)性釋藥

盡管聚合物納米載體已成功應(yīng)用于臨床前研究,但存在藥代動(dòng)力學(xué)差、 藥物過早釋放進(jìn)入全身循環(huán)、 在健康組織中導(dǎo)致非靶向的藥物積累及病灶組織的藥物滲透受限等局限性.為了解決這些問題,近年來,科研工作者們陸續(xù)研發(fā)出刺激響應(yīng)型納米材料來構(gòu)建納米顆粒,以增強(qiáng)納米遞送體系的局部響應(yīng)性[31,32].

2.1 pH響應(yīng)

腫瘤胞外和胞內(nèi)的酸性被認(rèn)為是調(diào)控藥物釋放的重要內(nèi)源性觸發(fā)因素.腫瘤胞外和胞內(nèi)的pH范圍為6.0～7.2[33].細(xì)胞在胞吞作用之后,通過胞外質(zhì)子涌入開始快速酸化,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的pH值降至5.0～6.0,而溶酶體的pH值則降低至4.0～5.0[34,35].

Fig.6 Cleavable linkers used for pH-responsive drug release[32] Copyright 2014,Wiley Online Library.

通過將縮醛[36,37]、 順酰胺基、 原酸酯[38,39]、β-羧酸酰胺[40]和甘油酯基團(tuán)等[7]pH不穩(wěn)定的化學(xué)鍵引入至聚合物中或聚合物-藥物絡(luò)合物中可實(shí)現(xiàn)對(duì)pH敏感的藥物釋放體系的有效構(gòu)筑(圖6).這些化學(xué)鍵在中性或堿性條件下穩(wěn)定存在,但往往在酸性下水解,從而通過破壞納米載體結(jié)構(gòu)或降解鍵合聚合物與藥物的共價(jià)鍵而釋放被負(fù)載藥物.

2013年,Kataoka等[40]報(bào)道了一種智能的小干擾RNA(siRNA)聚合物納米遞送體系,此體系包含在內(nèi)涵體酸性環(huán)境中可斷裂的馬來酰亞胺(MAA),用以增強(qiáng)siRNA的胞內(nèi)釋放.這種siRNA聚合物體系可實(shí)現(xiàn)高效的細(xì)胞內(nèi)溶酶體逃逸,通過MAA的酸響應(yīng)鍵斷裂釋放siRNA,抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng).2014年,Gu等[41]報(bào)道了一種新穎的繭狀DNA納米團(tuán)簇,此體系將含有脫氧核糖核酸酶(DNase Ⅰ)的酸敏感納米膠囊整合在納米團(tuán)簇中,進(jìn)而控制阿霉素(DOX)的細(xì)胞內(nèi)釋放.這種納米膠囊由長(zhǎng)鏈單鏈DNA合成,其中包含許多重復(fù)的GC對(duì)序列,具有很高的DOX負(fù)載能力[圖7(A)].在溶酶體內(nèi),DNase Ⅰ的聚合物外殼酸響應(yīng)降解并激活其切斷DNA的能力,從而使納米團(tuán)簇立即自降解并迅速釋放DOX,實(shí)現(xiàn)對(duì)癌細(xì)胞的有效殺傷.2016年,Xu等[42]報(bào)道了一種腫瘤pH響應(yīng)的橋連聚(乙二醇)與聚(乳酸-co-乙醇酰胺)嵌段共聚物(PEG-b-PLGA),發(fā)現(xiàn)其可實(shí)現(xiàn)腫瘤內(nèi)siRNA的高效遞送[圖7(B)].包載siRNA的PEG-b-PLGA聚合物納米顆粒經(jīng)PEG修飾后,能有效延長(zhǎng)血液循環(huán),并在腫瘤部位有效富集.此外,由于腫瘤酸性微環(huán)境的作用,PEG鏈段在到達(dá)腫瘤組織后酸解離,以促進(jìn)癌細(xì)胞對(duì)納米顆粒的攝取.由于PLGA的酸降解性,實(shí)現(xiàn)了siRNA在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的迅速釋放,最終實(shí)現(xiàn)高效抑瘤.2018年,Tao等[43]利用席夫堿反應(yīng)偶聯(lián)醛基化的PEG和四(3-巰基丙酸)季戊四醇-丙烯基脲(PETMP-AU)制備了酸響應(yīng)釋藥體系.一部分DOX負(fù)載于交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,另一部分通過可逆亞胺鍵與PEG連接.此載藥系統(tǒng)可在正常生理?xiàng)l件下穩(wěn)定存在,而在弱酸性環(huán)境中響應(yīng)斷裂亞胺鍵,從而快速釋放DOX(2 h內(nèi)釋放50%～80%DOX).

Fig.7 Cocoon-like DNA nanoclew integrated with an acid-sensitive nanocapsule encapsulating DNase Ⅰ for controlled intracellular release of DOX[41](A) and scheme illustration showing the preparation of the tumor pH-labile linkage-bridged block copolymer PEG5K-Dlinkm-PLGA11K(B)[42] (A) Copyright 2014,American Chemical Society; (B) Copyright 2016,Elsevier.

2.2 酶響應(yīng)

在大多數(shù)代謝過程中,酶作為大分子生物催化劑發(fā)揮著重要作用.包括癌癥在內(nèi)的許多疾病的病理學(xué)都與酶的功能失?；蛎副磉_(dá)失調(diào)有關(guān).為了按需釋放藥物,目前已開發(fā)了多種基于酶響應(yīng)的納米載藥體系,這類體系可被腫瘤細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)的酶識(shí)別和降解,進(jìn)而靶向釋藥.與癌癥相關(guān)的常見響應(yīng)性酶包括基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)[44]、 透明質(zhì)酸酶(HAase)[45]和組織蛋白酶B[46].

2014年,Jiang等[47]開發(fā)了核-殼凝膠-脂質(zhì)體復(fù)合物(Gelipo),用于程序和定點(diǎn)遞送腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體(TRAIL)和小分子抗癌藥DOX.Gelipo具有核殼結(jié)構(gòu),其內(nèi)核用于負(fù)載DOX,外殼由包載TRAIL的交聯(lián)透明質(zhì)酸HA組成.外殼通過HAase介導(dǎo)的HA殼降解逐漸地細(xì)胞外釋放TRAIL,并響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)酸性進(jìn)而精準(zhǔn)釋放DOX.與DOX溶液和單獨(dú)載有DOX的Gelipo相比,負(fù)載兩種藥物的Gelipo可顯著抑制MDA-MB231腫瘤的生長(zhǎng).2019年,Han等[48]報(bào)道了一類基質(zhì)金屬蛋白酶響應(yīng)的蛋白質(zhì)納米膠囊,用于高效顱內(nèi)遞送腦膠質(zhì)瘤治療性抗體.此納米膠囊的交聯(lián)劑由MMP底物多肽構(gòu)成,可實(shí)現(xiàn)酶響應(yīng)斷鍵,從而釋放被包載抗體.與單純抗體給藥相比,此納米膠囊因表面富含磷酰膽堿類聚合物,可通過腦上皮細(xì)胞豐富的煙堿樣乙酰膽堿受體(nAChRs)高效入腦,極大提高腫瘤的治療效果.

2.3 谷胱甘肽響應(yīng)

谷胱甘肽(GSH)是一種谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸三肽,是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中最豐富的硫醇,在多種生命過程中起著重要作用.在細(xì)胞內(nèi)還原性的環(huán)境下,GSH的濃度高達(dá)0.5～10 mmol/L.與之形成鮮明對(duì)比的是,GSH在血液或細(xì)胞外基質(zhì)中的濃度極低,僅為2～20 μmol/L.從細(xì)胞外環(huán)境到細(xì)胞內(nèi)胞質(zhì),這種顯著的還原性梯度可用于設(shè)計(jì)納米載藥體系的細(xì)胞內(nèi)釋放[49].與健康組織相比,腫瘤組織還原性水平明顯提升且乏氧,細(xì)胞內(nèi)GSH濃度至少比正常細(xì)胞高出4倍左右[50].

2010年,Thayumanavan等[51]通過二硫鍵交聯(lián)合成了由吡啶基二硫醚(PDS)接枝低聚乙二醇(OEG)構(gòu)成的聚合物納米凝膠,這種聚合物凝膠對(duì)細(xì)胞內(nèi)的還原環(huán)境具有高度的響應(yīng)性,從而確保了有效釋放疏水藥物DOX以實(shí)現(xiàn)針對(duì)癌細(xì)胞的有效殺傷(圖8).2014年,Tang等[52]開發(fā)了一種靶向腫瘤還原性環(huán)境的蛋白質(zhì)納米膠囊,用于細(xì)胞內(nèi)重組p53蛋白的運(yùn)輸.與腫瘤靶向配體(一種促黃體生成素的激素釋放肽)共價(jià)偶聯(lián)的納米膠囊可在相應(yīng)受體過表達(dá)的腫瘤細(xì)胞中特異性累積,并誘導(dǎo)p53蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡.2016年,Wang等[53]將鍵能更低的二碲鍵引入聚醚與聚氨酯的共聚物中,該鍵可在腫瘤部位被GSH還原斷裂,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效快速釋藥.

Fig.8 Dox release from the polymer nanogels treated with GSH[51] Copyright 2010,American Chemical Society.

2.4 ROS響應(yīng)

研究表明,與正常細(xì)胞相比,癌細(xì)胞不斷產(chǎn)生高水平的ROS,這些ROS是由致癌性轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的有氧代謝副產(chǎn)物,如過氧化氫、 羥基自由基和超氧化物等.對(duì)于靶向部位的藥物釋放,可利用ROS響應(yīng)性化學(xué)鍵構(gòu)筑智能藥物載體,這些藥物載體主要包含硼酸酯[54]、 硫代縮酮[55]、 硫化物[56]、 硒[57]和二茂鐵基團(tuán)等[58]特征性基團(tuán).

2013年,Xia等[59]合成了可ROS裂解的含硫縮酮鍵的陽離子聚合物PATK,用于介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)基因的遞送(圖9).內(nèi)吞后形成的DNA/PATK多聚體通過PATK中硫代縮酮鍵的斷裂及DNA的釋放而解離,從而實(shí)現(xiàn)前列腺(PC3)癌細(xì)胞的高效基因轉(zhuǎn)染.2019年,Zheng等[60]報(bào)道了一類通過氫鍵、 靜電和疏水的三重作用力形成的ROS響應(yīng)的聚合物納米膠束.該膠束粒徑可壓縮至40 nm以下,為越過血腦屏障治療腦瘤提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).此膠束高效負(fù)載siRNA,并在血液循環(huán)中穩(wěn)定存在,入腦后由于腫瘤組織中高水平的ROS含量,可被腫瘤細(xì)胞高效攝取并響應(yīng)解體,釋放siRNA,實(shí)現(xiàn)高效抑瘤.2017年,Xu等[61]開發(fā)了一種ROS刺激響應(yīng)性的高分子藥物前體(Polyprodrug),其能夠自組裝成穩(wěn)定的納米顆粒并具有較高的載藥率.該藥物前體以縮硫酮鍵連接抗癌藥物米托蒽醌(MTO),在腫瘤部位高濃度ROS下斷裂釋藥; 其外殼為PEG,保證了納米顆粒在血液中的長(zhǎng)循環(huán); 在外殼PEG端基修飾的RGD多肽(iRGD)可加強(qiáng)腫瘤的靶向性與組織滲透.

Fig.9 Cationic polyplex containing thioketal linkages for ROS-activated intracellular DNA release(A)[59] and illustration of the formation of “triple-interaction”-stabilized siRNA nanomedicine and ROS responsiveness,active targeting,and combinational RNAi therapy in glioblastoma(B)[60] (A) Copyright 2013,Wiley Online Library; (B) Copyright 2019,Wiley Online Library.

2.5 溫度響應(yīng)

溫度響應(yīng)釋放是研究最廣泛的響應(yīng)型藥物遞送策略之一,它主要利用病灶部位(如腫瘤、 炎癥或感染)發(fā)生的局部溫度升高實(shí)現(xiàn)靶向釋藥.溫度響應(yīng)型釋放依賴于熱敏材料物理性能的急劇變化,在載體周圍局部溫度發(fā)生變化的情況下,這種劇烈反應(yīng)會(huì)觸發(fā)藥物釋放.激活藥物輸送系統(tǒng)的溫度范圍一般在37～42 ℃之間,因?yàn)闇囟瘸^此范圍會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性或功能破壞.溫度響應(yīng)型藥物遞送體系通常基于脂質(zhì)體或由熱敏聚合物組成的納米顆粒.對(duì)于脂質(zhì)體,溫度響應(yīng)性通常是由于與組成脂質(zhì)相關(guān)的構(gòu)象/結(jié)構(gòu)變化引起的,從而引起脂質(zhì)雙層滲透性的變化[62].載有阿霉素的TSL(ThermoDox,阿霉素溫敏脂質(zhì)體)正處于治療乳腺癌和結(jié)腸直腸癌肝轉(zhuǎn)移的Ⅱ期試驗(yàn),且已經(jīng)進(jìn)入治療肝癌的Ⅲ期臨床試驗(yàn).

2.6 光響應(yīng)

光響應(yīng)是一種依賴于外部刺激且無需任何微環(huán)境變化的釋藥方式,具有潔凈、 高效、 時(shí)空和劑量可控等優(yōu)點(diǎn).光響應(yīng)載藥體系的構(gòu)建主要是通過在載體結(jié)構(gòu)中引入偶氮苯、 芘、 硝基苯、 肉桂酰和螺苯吡喃等光敏感官能團(tuán)來實(shí)現(xiàn),這類官能團(tuán)可在適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射下改變其構(gòu)象或聚集態(tài)結(jié)構(gòu),最終實(shí)現(xiàn)載藥體系的藥物控釋[63].在紫外光(300～380nm)照射下,偶氮苯基團(tuán)及其衍生物從反式構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖綐?gòu)型,而在可見光照射下從順式構(gòu)型變?yōu)榉词綐?gòu)型,通過這種可逆的構(gòu)型翻轉(zhuǎn)可高效實(shí)現(xiàn)外源性光刺激的藥物控釋[64].2011年Kang等[65]將偶氮苯結(jié)構(gòu)引入至DNA交聯(lián)劑,設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種具有可逆紫外/可見光控制特性的功能納米水凝膠.在紫外-可見光照射下,偶氮苯基團(tuán)在順、 反構(gòu)型之間發(fā)生轉(zhuǎn)化,使得DNA納米凝膠解體,從而完成藥物控釋.除涉及構(gòu)象/結(jié)構(gòu)變化的釋藥系統(tǒng)之外,大量相關(guān)報(bào)道證實(shí)紫外光也可通過破壞化學(xué)鍵來觸發(fā)各類藥物(如螺苯吡喃、 二芳系化合物)的釋放[66].例如,2017年,Pang等[67]制備了一種具有抗菌性能的紫外響應(yīng)性傷口敷料.他們首先將左氧氟沙星(LF)通過光敏感的鄰硝基芐基交聯(lián)劑與氨基修飾的聚乙二醇(PEG)偶聯(lián),得到一種可光解的多聚藥物(LHP),然后將LHP裝入由聚乙烯醇/海藻酸鈉(PVA/SA)構(gòu)成的傷口敷料中.結(jié)果表明,LF在365 nm的紫外光照射下能從LHP中解離并逐漸釋放.人工改變紫外光照射時(shí)間可進(jìn)一步調(diào)節(jié)抗生素的釋放曲線,展現(xiàn)出精準(zhǔn)的可控釋放特性和有效的抗菌活性(圖10).但軟組織的強(qiáng)散射性質(zhì)導(dǎo)致的有限穿透深度(<200 mm)大大限制了紫外光控釋體系在生物體內(nèi)的應(yīng)用.即便是體外應(yīng)用,紫外線也可能對(duì)細(xì)胞造成不可逆損害.與紫外光和可見光相比,近紅外光(NIR,700～900納米)能更深入地穿透軟組織,且不會(huì)對(duì)所照射區(qū)域造成明顯損傷.基于此,可高效吸收近紅外光并轉(zhuǎn)化為熱量的有機(jī)傳感類分子引起了人們的廣泛關(guān)注.其中,吲哚菁綠(ICG)是食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)的臨床近紅外熒光染料,廣泛應(yīng)用于腫瘤成像診斷和光熱聯(lián)合療法等相關(guān)領(lǐng)域.2013年,Zheng等[68]制備了基于PLGA的新型納米復(fù)合物,其可同時(shí)將阿霉素(DOX)和ICG輸送到腫瘤區(qū)域,用于化學(xué)光熱聯(lián)合治療.在NIR激光照射下,ICG能夠高效地吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為熱能,由于被包覆的ICG展現(xiàn)出較強(qiáng)的自身穩(wěn)定性,使納米顆粒產(chǎn)生了比游離ICG更高的局部溫度,有效促進(jìn)了細(xì)胞對(duì)DOX和ICG的攝取,最終達(dá)到理想抑瘤效果.

Fig.10 Schematic design of the photo-cleavable polyprodrug(LHP)-loaded polyvinyl alcohol/sodium alginate(PVA/SA) wound dressing and its UV-responsive antibacterial property[67]Copyright 2017,the Royal Society of Chemistry.

表1總結(jié)了部分聚合物納米載體的響應(yīng)性釋藥方式及應(yīng)用.

Table 1 Recent advances in polymeric nano-sized carrier systems

Continued

DrugMaterialStimuli-responsive conditionApplicationRef.Doxorubicin/indocyanine greenPLGANIRCancer[68]LevofloxacinPVA/SAUVAntibiosis[67]CurcuminPEG-pLysROSAlzheimer’s disease[16]DNAPoly(amino thioketal)ROSCancer[59]Gemcitabine and anti-PD-L1PVA-TSPBAROSCancer[29]siRNAPEG-b-P(Gu/Hb)/Ang-PEG-b-PGuROSCancer[60]MTOPEG-PolyMTOROSCancer[61]Doxorubicinpoly(ether-urethane)GSHCancer[53]LiraPCGA-PEG-PCGAHeatDiabetes[70]DoxorubicinPAMAMRadiationCancer[26]Monoclonal Antibodies2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholineEnzymeCancer[48]VancomycinPEG-b-PP and PEG-b-PCEnzymeAntibiosis[71]InsulinChitosan/alginate and m-dextranGlucoseDiabetes[36]InsulinPEG-b-(PAA-co-PAAPBA)GlucoseDiabetes[72]InsulinP(NIPAM-Dex-PBA)GlucoseDiabetes[73]KLVFFPCL-b-PAE,PCL-b-PEGAlzheimer’s disease[74]KLVFF and Beclin-1PEGAlzheimer’s disease[75]DocetaxelPEG-DMPE, DMPC,DHPCCancer[14]RivastigminePoly(n-butylcyanoacrylate)Alzheimer’s disease[76]p53 proteinAAm and N-azidodeca(ethylene glycol)ethylacrylamideCancer[52]CiprofloxacinPEG-b-cholesterolAntibiosis[13]CiprofloxacinPLGAAntibiosis[77]

3 聚合物納米藥物載體的應(yīng)用

納米載藥體系的概念可追溯到20世紀(jì)50年代,之后在科研人員的不斷發(fā)展下,各種類型的納米藥物載體大量涌現(xiàn).在這一部分,我們選取具有代表性的實(shí)例,重點(diǎn)介紹聚合物納米藥物載體在治療癌癥和代謝類疾病及抗菌等方面的應(yīng)用[78].

3.1 癌癥治療

癌癥是威脅人類健康的主要原因之一.當(dāng)前,阿霉素、 紫杉醇、 鉑等傳統(tǒng)化療藥物和肽、 酶、 抗體、 核酸等生物大分子藥物由于溶解性差、 循環(huán)半衰期短、 缺乏靶向能力(低于5%)[79]及對(duì)健康組織具有嚴(yán)重副作用而受到限制.納米技術(shù)有望解決上述問題.與游離治療藥物相比,具有合適尺寸(50～200 nm)和表面特性的納米顆?？梢酝ㄟ^被動(dòng)或主動(dòng)靶向?qū)⑺幬镞x擇性地遞送至腫瘤組織,從而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的攝取并減少副作用.

2013年,Gao等[80]基于聚陽離子和聚陰離子鏈段之間的靜電相互作用及氫鍵相互作用,開發(fā)了一種智能的自組裝聚離子復(fù)合膠束(MSM),通過改善所負(fù)載藥物的組織分布顯著減少了肝和脾的積累并延長(zhǎng)了藥物的血液循環(huán)能力.他們通過改變嵌段共聚物不同片段的長(zhǎng)度比例,制備了一系列具有不同親水/疏水比的復(fù)合膠束,并通過追蹤體內(nèi)125I標(biāo)記的MSM,系統(tǒng)評(píng)價(jià)了膠束的生物分布情況.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,靜脈注射1 h后MSM在肝臟和脾臟中的積累量明顯低于PEG膠束,在血液中的濃度約為PEG膠束的7倍.Ping等[81]設(shè)計(jì)了一種新型的多級(jí)pH響應(yīng)脂質(zhì)體(HHG2C18-L)用于抗癌藥物的遞送.在生理pH(7.2～8.0)下,HHG2C18-L表面呈明顯的負(fù)電性,從而降低了調(diào)理素作用并延長(zhǎng)了脂質(zhì)體的血液循環(huán)時(shí)間.在進(jìn)入腫瘤組織后,由于pH值降至約6.5,其表面電位迅速變正,有利于癌細(xì)胞攝取.當(dāng)細(xì)胞內(nèi)吞后,脂質(zhì)體進(jìn)入酸性更強(qiáng)的內(nèi)涵體和溶酶體,進(jìn)而發(fā)生第二階段的pH響應(yīng).Ping等將CCI-779(一種細(xì)胞增殖抑制劑)封裝在HHG2C18-L的內(nèi)核中,并進(jìn)行了體內(nèi)和體外測(cè)試.與pH=7.4時(shí)相比,CCI-779/HHG2C18-L在pH=6.5時(shí)顯示出更強(qiáng)的抑制A498細(xì)胞活性的能力.當(dāng)將其靜脈注射到接種腎腺癌腫瘤的大鼠體內(nèi)時(shí),CCI-779/HHG2C18-L對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用.2019年,Cui等[82]報(bào)道了一種新型聚合物納米藥物,利用光動(dòng)力治療與化療無縫銜接協(xié)同治療癌癥.此納米藥物不但能在近紅外光刺激下產(chǎn)生單線態(tài)氧(1O2),而且能在乏氧的腫瘤微環(huán)境下靶向釋放化療藥物.此納米體系主要由光響應(yīng)的聚合物納米藥物前體內(nèi)核(SPNpd)、 化療藥物IPM-Br及連接內(nèi)核與化療藥物且可在乏氧環(huán)境下斷裂的小分子基團(tuán)三部分組成.在波長(zhǎng)808 nm的光照射下,SPNpd能夠產(chǎn)生1O2來進(jìn)行光動(dòng)力治療,同時(shí),光輻射導(dǎo)致氧的消耗進(jìn)而加劇腫瘤乏氧,引發(fā)硝基還原酶催化的IPM-Br的響應(yīng)釋放,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡.

3.2 代謝類疾病治療

在過去的幾十年中,大量的研究集中于各類慢性代謝性疾病的治療,這些疾病嚴(yán)重威脅著人類的生存和健康.糖尿病是一種慢性代謝類疾病,其特征表現(xiàn)為因胰島素分泌異?；蛞葝u素功能缺乏引起的高血糖癥.現(xiàn)有的糖尿病藥物治療仍依賴于患者自我注射,既不能精確控制血糖,又會(huì)因頻繁注射而導(dǎo)致患者的依從性[83].2009年,Wang等[72]報(bào)道了一種由嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺基苯基硼酸)[PEG-b-P(AA-co-AAPBA)]自組裝形成的核-殼狀聚合物膠束,其在中性pH條件下即可完成對(duì)高濃度葡萄糖的響應(yīng)性解離.其中,胰島素在自組裝過程中通過疏水相互作用負(fù)載,并可在葡萄糖濃度較高的溶液中以較快的速率釋放.Peppas等[84]利用pH敏感性聚合物水凝膠進(jìn)行葡萄糖響應(yīng)的胰島素遞送.通過水凝膠隨pH值變化而發(fā)生的凝膠溶脹/塌縮效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)胰島素釋放速率的有效控制.2012年,Wu等[73]以馬來酸-葡聚糖為交聯(lián)劑,用PNIPAM和聚(3-丙烯酰胺苯硼酸)制備了單分散可注射納米凝膠.葡聚糖小分子通過參與葡聚糖與PBA多價(jià)二醇基團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)作用,實(shí)現(xiàn)納米凝膠的葡萄糖響應(yīng)功能.體外研究表明,葡萄糖濃度的升高會(huì)導(dǎo)致納米凝膠膨脹到原來尺寸的2倍,通過重新降低葡萄糖濃度,納米凝膠的體積又會(huì)發(fā)生可逆收縮.基于此,當(dāng)納米凝膠在高葡萄糖濃度下膨脹時(shí),被包載的胰島素可從納米凝膠中迅速擴(kuò)散釋放.2016年,Chen等[70]以促胰島素激素Lira為模型藥物,以聚己內(nèi)酯-羥基乙酸-聚乙二醇-聚己內(nèi)酯-羥基乙酸(PCGA-PEG-PCGA)為原料制備了載藥溫敏聚合物凝膠.當(dāng)該載藥凝膠在室溫下注射時(shí),立即在原位發(fā)生凝膠化.在體內(nèi)和體外試驗(yàn)中,載藥的PCGA-PEG-PCGA溫敏凝膠均表現(xiàn)出超長(zhǎng)的緩釋效果(釋放周期長(zhǎng)達(dá)7 d),有望為新型2型糖尿病長(zhǎng)效降糖藥的研發(fā)提供新的思路.

阿爾茨海默氏病(AD)被認(rèn)為是一種不可逆的神經(jīng)退行性疾病.根據(jù)淀粉樣蛋白假說,由于β淀粉樣蛋白(Aβ)產(chǎn)生與清除之間的不平衡導(dǎo)致的腦內(nèi)Aβ錯(cuò)誤折疊及沉積是AD發(fā)病的主要因素[85].研究表明,KLVFF序列(Aβ的16-20殘基)與Aβ之間有強(qiáng)親合力[86],可在體內(nèi)特異性捕獲全長(zhǎng)Aβ單體及聚集體,并將纖維降解成蛋白碎片[87].2017年,Qu等[74]報(bào)道了一個(gè)高效的聚合物膠束平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)Aβ纖維的安全降解和減輕Aβ介導(dǎo)的神經(jīng)毒性.膠束由聚(ε-己內(nèi)酯)-b-聚(β-氨基酯)(PCL-b-PAE)和聚(ε-己內(nèi)酯)-co-聚環(huán)氧乙烷組成(PCL-b-PEG)構(gòu)成,因聚合物固有的功能性片段使膠束表面形成微相分離結(jié)構(gòu),KLVFF多肽修飾在表面微相分離的膠束外層.這樣的復(fù)合功能表面可確保與疏水性Aβ發(fā)生強(qiáng)相互作用.膠束外層KLVFF多肽將Aβ纖維分解成碎片后,表面微相分離的膠束可立即將碎片結(jié)合在疏水微相中,從而減輕了Aβ纖維解聚過程中造成的二次毒性.2018年,Luo等[75]報(bào)道了一類以殼聚糖為骨架的聚合物納米球,通過表面分別接枝PEG化的Aβ捕捉肽(GKLVFF)和自噬激活肽(Beclin-1)實(shí)現(xiàn)對(duì)APP/PS1轉(zhuǎn)基因老鼠腦內(nèi)Aβ蛋白的高效清除.這種聚合物納米球可在血液循環(huán)中穩(wěn)定存在,入腦后高效捕捉并干擾Aβ聚集.在被神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)在化后,可顯著提升細(xì)胞自身的自噬活動(dòng),從而徹底降解毒性Aβ聚集體,恢復(fù)腦內(nèi)異常的蛋白代謝,最終延緩老年癡呆進(jìn)程.2019年,Zhao等[88]報(bào)道了一種新型的納米復(fù)合材料,其可以有效清除早期AD小鼠腦內(nèi)的毒性Aβ聚集體,從而減輕Aβ神經(jīng)毒性.該復(fù)合納米顆粒可通過原位聚合手段在模式蛋白表面實(shí)現(xiàn)Aβ結(jié)合肽KLVFF的引入.納米復(fù)合材料的存在導(dǎo)致Aβ由毒性低聚物轉(zhuǎn)變?yōu)锳β-納米復(fù)合物團(tuán)簇.隨著毒性Aβ低聚物的減少,Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷逐漸減輕,由低聚物引起的神經(jīng)炎癥也有效緩解,顱內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞清除Aβ的能力得以恢復(fù),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)海馬神經(jīng)元的保護(hù).

3.3 抗菌

病原微生物感染一直是人類健康的巨大威脅.近年來,β-內(nèi)酰胺、 氨芐青霉素、 青霉素、 克林霉素和四環(huán)素等大量的抗菌藥物已被應(yīng)用于殺死微生物或抑制微生物的生長(zhǎng),以降低微生物感染的發(fā)病率和死亡率[89].然而,由于多數(shù)抗菌藥的低水溶性、 非特異細(xì)胞毒性和易失活的特性,使其在臨床使用中受到了極大限制[90].2016年,Liu等[91]制備了負(fù)載三氯生(Triclosan)的表面適應(yīng)性聚合物膠束(MSPM),該膠束的殼層由親水性聚乙二醇(PEG)和對(duì)pH敏感的聚(β-氨基酯)共同構(gòu)成,在生理pH條件下帶負(fù)電荷,而在pH=5.0時(shí)帶正電荷.由于細(xì)菌細(xì)胞壁呈明顯負(fù)電性,在酸性生物被膜中,膠束表面因氨基質(zhì)子化帶正電,這種新型結(jié)構(gòu)展示出顯著的生物被膜滲透和積累的效果.這種方法提供了一種有效的策略來協(xié)助抗菌劑滲透及高效殺菌進(jìn)而對(duì)抗頑固的生物被膜.Li等[71]報(bào)道了一種酶響應(yīng)納米膠束[青霉素G酰胺酶(PGA)和β-內(nèi)酰胺酶(Bla)響應(yīng)].此膠束具有菌株選擇性,可殺傷強(qiáng)耐藥型病原體.膠束由兩親性嵌段共聚物自組裝而成,該嵌段共聚物由PEG片段和含有酶可切割的疏水片段組成.負(fù)載抗菌劑的膠束通過疏水片段上側(cè)鏈的酶降解而發(fā)生結(jié)構(gòu)重排和形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)變,從而持續(xù)釋放藥物.2018年,Liu等設(shè)計(jì)了一種負(fù)載抗生素環(huán)丙沙星(CIP)的電紡疏水聚乳酸-乙醇酸(PLGA)纖維墊作為傷口敷料.利用親水性海藻酸鈉(ALG)對(duì)纖維墊進(jìn)行修飾,改善了PLGA纖維氈的潤(rùn)濕性和吸水性,有效提高了環(huán)丙沙星的釋放速率.此外,ALG的加入降低了PLGA纖維墊的剛度,可更好地保護(hù)損傷區(qū)域.

4 總結(jié)與展望

在過去幾十年中,大量的藥物被研發(fā)出來,但藥物自身的不穩(wěn)定性和嚴(yán)重的毒副作用限制了其應(yīng)用.行之有效的策略是確保藥物高效地富集于病灶部位,同時(shí)降低正常組織和器官中的藥物積累.聚合物納米載體的快速發(fā)展為解決這些問題提供了可行途徑,該技術(shù)以一種時(shí)空可控的方式為疾病的治療提供便利的藥物遞送平臺(tái).這主要得益于科研工作者對(duì)病灶和健康組織生理環(huán)境差異的不斷了解,也為納米系統(tǒng)引入靶向釋藥功能提供了生物基礎(chǔ).目前,盡管聚合物納米載體取得了顯著進(jìn)展,但只有少部分在臨床前的動(dòng)物體內(nèi)模型中進(jìn)行了檢測(cè),尚未實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用.這主要因?yàn)槿狈ψ銐虻氖侄螌?duì)新型聚合物材料的安全性、 生物相容性和可降解性進(jìn)行深入的評(píng)估.在投入臨床使用前,必須對(duì)材料本身和納米載體的藥物動(dòng)力學(xué)、 生物分布、 釋藥行為、 代謝、 排泄和長(zhǎng)期毒性等進(jìn)行全方面驗(yàn)證.商業(yè)化PEG盡管已被廣泛用于蛋白類藥物藥代動(dòng)力學(xué)的改善,但越來越多的證據(jù)表明長(zhǎng)期使用PEG可使機(jī)體自身產(chǎn)生抗體,大大降低治療效果.對(duì)于聚合物納米載體本身,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和材料合成的繁瑣性也使這些“智能”納米載體的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)受到了極大限制.這無疑激勵(lì)著化學(xué)工作者們不斷地去研發(fā)和完善理想的生物醫(yī)用高分子材料,去探索更加易于臨床轉(zhuǎn)化的載體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).

此外,關(guān)于藥物遞送還有一些不容忽視的難題亟待解決.腫瘤微環(huán)境高度復(fù)雜,納米顆粒的靶向性和治療效果受到很大限制.此外,由于腫瘤細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)源性信號(hào)難以控制,且在不同個(gè)體中均有所不同,導(dǎo)致在臨床實(shí)踐中治療效果往往參差不齊.為解決上述問題,可設(shè)計(jì)含多重靶向機(jī)制的納米載藥體系.不同于針對(duì)單一靶點(diǎn),納米載體可同時(shí)攜帶兩種或兩種以上“制導(dǎo)”信號(hào),從而提高識(shí)別病患組織的概率和準(zhǔn)確性.開發(fā)可有效評(píng)估聚合物納米載體性能的仿生體外測(cè)試平臺(tái)與臨床前模型也具有重大意義.通過微流控芯片技術(shù)可構(gòu)建3D微型化的腦、 心臟、 肝、 肺、 腎臟和血管等體外人體組織或器官,并通過合理串聯(lián)形成一個(gè)多器官模擬的集成化測(cè)試平臺(tái).利用這種“芯片上的器官”平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)對(duì)納米藥物載體更充分、 有效的評(píng)估,從而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其體內(nèi)行為.鑒于近年來納米技術(shù)的迅速發(fā)展和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累,我們相信聚合物納米載體將在藥物研發(fā)中發(fā)揮愈發(fā)重要的作用.我們也希望在不久的將來,能夠看到以聚合物納米藥物載體為基礎(chǔ)的個(gè)性化治療手段的不斷完善,為各類疾病的治愈帶來新的希望.