發布時間：2021-09-28所屬分類：免費文獻瀏覽：1次
摘 要： 中國腫瘤臨床
《天然膜仿生遞藥系統在腫瘤治療中的應用進展》論文發表期刊：《中國腫瘤臨床》；發表周期：2021年13期
《天然膜仿生遞藥系統在腫瘤治療中的應用進展》論文作者信息：田然 專業方向為新型智能化藥物遞送系統的研究與應用。
摘要 藥物遞送系統在腫瘤治療中具有廣闊的應用前景，但作為外源物質，易被機體免疫系統所識別與清除，臨床應用受到限制。近年來，受自然界生物系統啟發，隨著仿生技術發展，天然膜仿生遞藥系統成為研究熱點。天然膜仿生藥物遞送系統主要是利用機體內源性細胞膜對功能性納米藥物載體進行修飾，有效地將細胞膜的天然屬性與納米載體的優勢相結合，具有免疫原性低、血液循環時間長的特點。本文將根據天然膜的來源不同，對仿生藥物遞送系統在腫瘤治療中的研究進展并對其未來的發展進行綜述。
關鍵詞 細胞膜 仿生遞藥系統 腫瘤治療
Abstract Nanomedicine holds promising potential in the tumor therapeutic field, although the characteristics of nanomaterials that areeasily recognized and eliminated by the immune system considerably limit clinical applications. Inspired by natural biological systems biomimetic drug delivery systems have attracted growing attention in recent years. Biomimetic nanoparticles assembled by natura biomaterials such as cell membranes and various synthetic nanoparticles might be promising therapeutic tools for anti-tumor drug deliveryIn line with cell membrane properties, biomimetic nanoparticles display prolonged circulation and good biocompatibility. According to the different sources of natural membranes, this study reviews the research progress in biomimetic drug deliverv systems in tumor treatment.and the prospects for its future development.
Keywords: cell membrane, biomimetic drug delivery system, tumor therapy
惡性腫瘤嚴重威脅人類健康，據統計全球每年新增確診病例超過 1 800 萬[1]。目前，早期癌癥患者的治療通常以手術切除為主，術后行輔助化療和放療[2]，中晚期患者一般采用化療、放療和免疫治療等聯合療法[3-4]。其中，化療作為全身性治療手段，在殺傷癌細胞的同時產生不良反應，患者長期應用會引發耐藥，影響治療效果。因此，開發與生理微環境相適應、腫瘤亞類型相匹配的藥物遞送載體，實現藥物在腫瘤部位的靶向遞送，降低不良反應，克服常規治療的局限性，并結合新型診療手段，是提高腫瘤治療效果的關鍵。
納米藥物遞送載體在腫瘤治療方面的應用研究已經相當深入，主要是利用高滲透和長滯留效應(enhanced permeability and retention effect，EPR)的被動靶向和配體，識別腫瘤表面抗原所介導的主動靶向實現藥物載體對腫瘤組織的高效遞送。研究提示，納米藥物載體及配體作為外源性物質進入機體后，會引發免疫系統的防御和清除[5-6]，阻礙藥物的長效遞送。目前，聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)修飾是應用于藥物載體體內長循環遞送最成功的策略，已被美國食品藥物管理局批準作為臨床的長循環制劑，多種 PEG 類修飾藥物已獲批上市，如 pegfilgrastim、lipegfilgrastim 等。但在臨床應用中發現，PEG 有加速血液清除的現象，即在第 1 次注射后，體內逐漸產生能夠識別 PEG 的IgM，在第 2 次注射后，PEG 修飾的納米粒會快速與IgM 相互作用，加速巨噬細胞對 PEG 的識別與代謝[7]。
隨著天然仿生技術的發展，利用機體內源性細胞膜(如紅細胞、免疫細胞、干細胞、腫瘤細胞和外泌體)對功能性納米材料進行仿生修飾，獲得天然膜仿生遞藥系統，降低人體排異響應成為研究熱點。仿生載藥系統有效地將細胞膜的天然屬性與納米載體的高載藥性能相結合，具有優異的生物相容性，極大程度地降低了免疫原性，有利于躲避巨噬細胞和網狀內皮細胞的捕獲，從而提高了血液循環時間;同時由于膜結構的包裹，也可以減少遞送過程中的藥物滲漏，一定程度上降低藥物毒性，提高了治療的有效性"-1。本文根據天然膜的來源不同，分類介紹仿生遞藥系統在腫瘤治療方面取得的階段性進展。
1紅細胞膜仿生納米遞藥系統
紅細胞是血液中含量最多、壽命最長的細胞，易于獲得，體循環時間為100~ 120天;其膜表面高表達CD47分子，可減少網狀內皮系統的吞噬;且成熟的紅細胞遺傳背景簡單、細胞內容物少，易于實現膜分離，因此被視為最有開發前景的天然運輸載體之一。基于紅細胞生物相容性好、免疫原性低、體循環時間長和易于實現膜分離等特點，以紅細胞為膜材料的仿生遞藥載體在腫瘤治療上展現了廣闊的應用潛力。
2011年有研究凹首次完成了紅細胞膜仿生載體的構建，其利用梯度離心法獲得紅細胞，并通過低滲溶血法去除血紅蛋白，獲得純凈的紅細胞膜;利用多孔膜擠壓的方法將完整的紅細胞膜包裹至納米載體表面，獲得紅細胞仿生遞藥系統。上述研究結果表明，該系統兼具了紅細胞膜的長循環性能和納米載體的高載藥能力，紅細胞仿生載體在血液中的半衰期是PEG表面修飾載體的2.5倍。此方法開辟了利用生物膜提高藥物載體生物相容性的新思路。在此基礎上，Xuan等四利用紅細胞膜對具有診療一體化功能的磁性介孔硅納米載體進行修飾，增強了載體的生物相容性，延長了其在體內循環時間，由于磁靶向的共同作用，藥物載體在腫瘤部位的滯留時間延長了1.5倍，治療組腫瘤體積縮小60%，該藥物載體對乳腺癌的實驗性治療效果明顯。Li等"利用紅細胞膜修飾含硫化銀(Ag25)的量子點，構建了具有超聲相應特性的紅細胞遞藥系統結果發現，紅細胞膜的修飾使治療型聲動力載體的半衰期延長至54 h，經過聲動力治療后，腫瘤體積縮小75%，小鼠生存期從15天延長至40天，該系統對結腸癌有明顯的實驗性治療效果。總之，紅細胞膜仿生遞藥系統開辟了腫瘤藥物遞送的新范疇，用自上而下的制備方法解決了傳統藥物遞送系統所面臨的生物相容性差、表面修飾難的問題，這將為臨床藥物轉化提供技術支持。但在進一步的發展和轉化中也面臨新的挑戰，如紅細胞的離體保存，在整個保存過程中均需防止污染，及紅細胞的應用要充分考慮血型匹配原則。
2白細胞膜仿生納米遞藥系統
腫瘤的發生過程可以理解為一種組織炎癥反應，腫瘤微環境中會出現相當數量的免疫細胞，白細胞就是其中的一類。白細胞在血液中大量存在，具有識別外來細菌、病毒的能力，參與機體的特異性免疫應答。白細胞細分為淋巴細胞、中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞和巨噬細胞。其中淋巴細胞又可以分為NK細胞、T細胞和B細胞。各類白細胞均對腫瘤細胞有免疫應答響應，因此可以考慮利用二者表面抗原-抗體的相互識別作用，構建白細胞膜仿生遞藥系統用于抗腫瘤藥物的靶向遞送1中性粒細胞表面具有多種受體，對腫瘤炎癥組織具有趨化作用。Zhang等 構建中性粒細胞仿生遞藥系統，以中性粒細胞膜作為修飾，同時負載葡萄糖氧化酶和氯過氧化酶。中性粒細胞膜與腫瘤微環境中趨化因子和黏附因子相互作用，使得藥物在腫瘤部位富集葡萄糖氧化酶消耗腫瘤組織的營養和氧氣，氯過氧化酶釋放次氯酸從而殺傷腫瘤，通過一系列級聯反應，殺傷腫瘤，緩解腫瘤微環境中的炎癥反應。
巨噬細胞是非特異性免疫細胞，對腫瘤細胞有吞噬作用，對腫瘤炎癥微環境具有趨化特性，可以與腫瘤表面抗原特異性結合。Xuan等"利用巨噬細胞膜的這一特性，獲得具有腫瘤靶向性的巨噬細胞囊泡，將囊泡與負載光敏劑的金顆粒組裝，使遞藥系統具有腫瘤靶向性、光熱效應和近紅外成像能力。該研究結果表明，巨噬細胞膜的仿生修飾，降低了藥物載體的體內清除速率，延長體循環時間，使藥物在腫瘤部位富集，顯菩抑制了腫瘤生長，提高治療效果。Zhao等"采用巨噬細胞膜包裹負載榭皮苷的硒化銘用于抑制乳腺癌的肺轉移。在乳腺癌所分泌的趨化因子招募下，巨噬細胞仿生載體靶向至腫瘤組織，在近紅外光的照射下，實現腫瘤局部的光熱治療，同時榭皮苷抑制了熱休克蛋白的活性，對光熱治療協同增效，有效抑制了乳腺癌的肺轉移。
NK細胞是先天免疫細胞，對腫瘤細胞的識別是非特異性的，自身分泌TNF-a等細胞因子，具有活化T細胞、調節免疫反應的功能".Deng等P利用蛋白質組學分析，確定了NK細胞表面膜蛋白組成，發現NK細胞膜具有腫瘤靶向性和誘導巨噬細胞向MI型極化的功能，隨后開發了細胞膜免疫治療策略，即利用NK細胞膜對具有光動力治療功能的納米顆粒進行仿生修飾，通過光動力療法激活細胞凋亡通路，消除原位腫瘤并抑制遠處腫瘤生長。Wu等構建了NK細胞膜修飾的磁納米藥物載體，在體內外結果顯示，該系統對人非小細胞肺癌有顯著殺傷效果。Liu等P利用NK細胞構建了具有光熱/光動力/熒光成像功能于一體的診療一體化遞藥系統。由于NK細胞膜的修飾，該系統主動進攻腫瘤部位，并通過對腫瘤酸性微環境的響應，釋放光敏劑Ce6。在近紅外光的照射下，Ce6發生能級躍遷，實現對腫瘤的光熱/光動力協同治療。同時NK細胞膜還有免疫激活功能，最終獲得對肺瘤的實驗性治療。鑒于腫瘤部位伴隨著炎癥，這為白細胞通過趨化作用聚集到腫瘤處提供了可能。在現有研究基礎上，可改進仿生遞藥體系的構建方法，更加簡易、高效地獲得白細胞膜仿生遞藥系統。
3干細胞膜仿生納米遞藥系統
干細胞是多潛能細胞，具有自我復制能力，在特定條件下，可以分化為多種功能性細胞。目前，研究較多的是間充質干細胞和神經干細胞，二者被證實具有明顯的腫瘤靶向功能，且間充質干細胞還具有免疫調節功能和跨血腦屏障的能力，因此有成為新型腦腫瘤靶向載體的潛質。間充質干細胞易于獲取，可在體外大量培養和純化，組學研究表明其表面存在與腫瘤細胞相互識別的重要位點2，Gao等P將干細胞膜直接偽裝在負載上轉換粒子的介孔硅球表面，將相應光敏劑載入介孔硅的孔道中，獲得注射型的光動力抗腫瘤模型，體內結果顯示，該仿生系統擁有特異性腫瘤靶向能力，在腫瘤組織中富集明顯，同時有明顯的抑瘤效果。
Cao等P設計了干細胞膜納米遞藥系統用于乳腺瘤的治療，結果發現，經過干細胞膜修飾的硅顆粒具有良好的穩定性和腫瘤靶向性，且在腫瘤組織的保留時間長達7天。干細胞膜由于具有跨血腦屏障的特性，因此在腦腫瘤的治療過程中具有很好的應用前景。
Roger等P證實了間充質干細胞可通過血腦屏障，預見其可被開發為治療相關腦腫瘤的藥物載體的可能性，隨后以MCS細胞囊泡為外膜，包裹負載含香豆素-6的聚乳酸脂質體。構建腦膠質瘤模型，實驗結果表明該顆粒確實可以跨過血腦屏障，對藥物高效遞送。盡管干細胞膜修飾的納米載體展現了良好的應用前景，但需要考慮干細胞載體是否存在促進腫瘤生長甚至轉移的危險，因此其臨床應用仍需要進一步探索。
4腫瘤細胞膜仿生納米遞藥系統隨著對細胞膜仿生遞藥系統研究的不斷深人，基于腫瘤細胞膜的仿生遞藥系統有了進一步發展。腫瘤細胞可體外傳代培養，具有無限的復制潛能，易于獲得大量腫瘤細胞膜;膜上存在N-鈣黏素、TF-抗原等獨特的自我靶向識別分子，有同源聚集功能，產生歸巢效應，因此腫瘤細胞膜修飾的藥物載體獲得良好的同源靶向性，可實現對腫瘤的精準治療。Sun等P設計了以4T1腫瘤細胞膜包裹的遞藥系統用于乳腺瘤的治療，結果發現同源4T1細胞對于仿生顆粒的攝取效率是WML2和RAW264.7的5.1倍，這表明經腫瘤細胞膜仿生的納米顆粒具有強烈的同源歸巢效應。與上述研究一致的結果在多種腫瘤膜上得以驗證，Chen等四利用MCF-7的細胞膜包裹吲哚菁綠(indocyanine green，ICG)，也發現MCF-7細胞對其攝取率明顯高于其他腫瘤細胞和免疫細胞。之后又將腫瘤細胞膜引入腫瘤的診療一體化研究方向，以腫瘤膜囊泡攜帶具有成像和治療功能的納米顆粒，得到兼具近紅外成像功能又有光熱/光動力治療效果的納米顆粒，由于外膜的同源靶向性能，顆粒在體內外實驗中表現了良好的治療效果。除去作為遞送載體，腫瘤膜還具有進一步發展為治療性腫瘤疫苗的可能性。
5外泌體仿生納米遞藥系統
外泌體是細胞所分泌的具有膜結構特征，直徑為30-200 nm的細胞外囊泡，其與細胞具有類似的拓撲結構，富含蛋白質、脂類和核酸等物質。外泌體膜結構上擁有與母體相關的一系列特征性膜蛋白，顯示出明顯的分子異質性。由于外泌體的組成和機構特征，參與重塑細胞外基質和傳遞信號分子等多種生物學行為，有長距離通信能力和出色的生物相容性。基于這些特征，有關外泌體的研究已經大量展開，有被發展為藥物遞送載體的潛能P。
隨著外泌體研究的深入，外泌體在腫瘤診斷和治療中的應用范圍日益擴大。在腫瘤治療過程中，外泌體作為天然內源性載體具有獨特優勢，是細胞分泌的納米級囊泡，其良好的結構和成分均類似于細胞膜，在機體內廣泛分布，免疫原性低具有較好的包載能力，并且可以穿越血腦屏障，這些提示了作為腫瘤治療載體的潛在價值"，Wei等"分離了來源于間充質干細胞的外泌體，分離所得到的外泌體大小為100-300 mm，該外泌體在分離后的96h形態穩定，之后逐步被降解。
利用共孵育的方法完成外泌體對化療藥物阿霉素的包封，經過包封后的藥物載體和純品阿霉素相比，細胞毒性減低，有助于減少治療過程中的不良反應。腫瘤細胞外泌體還具有良好的歸巢效應，可在腫瘤微環境中與同源性腫瘤細胞形成聚集體。腫瘤外泌體已引發研究人員的廣泛關注。Yong等P利用自噬的方法，收獲了腫瘤外泌體包載的納米顆粒，該治療性顆粒具有近紅外成像性能并攜帶化療藥物阿霉素(DOX)，與傳統方法相比，此方法的包封率提升了5倍，并且保證了顆粒外膜的完整性。體內外實驗結果顯示，該遞藥系統對于腫瘤干細胞團具有良好的殺傷作用，對體內實體瘤有明顯的抑瘤效果。Tin等"分離了腫瘤細胞4T1的外泌體，并獲得具有化療-光熱治療的藥物遞送系統，該系統對同源腫瘤有明顯的體內抑瘤效果，并且發現該外泌體膜的應用不會增加腫瘤轉移的風險。外泌體作為藥物載體在生物醫學領域的應用，但臨床轉化仍面臨一定的挑戰，其缺少標準化和量產的外泌體提取方案，且外泌體的產生和作用機制研究有待進一步深入，這將有助于提高對外泌體尤其是腫瘤外泌體的生物安全性評價。
6結語
目前，基于生物細胞的仿生藥物遞送體系的出現為癌癥的治療帶來了極大的便利，其有機結合了人工合成納米粒子和天然生物體系兩者的優勢，形成了具有核殼結構的新型藥物遞送系統。其中"克結構天然膜，使得遞藥系統具有更好的生物相容性、血液循環時間長及腫瘤靶向的特性;"核結構"納米顆粒，不僅可提高抗腫瘤藥物的在藥效率，同時可兼具多種功能，有望實現診療一體化。上述已經開展了大量的實驗性探索工作，相信隨著研究的進一步深入，天然膜仿生藥物遞送系統必將推動腫瘤治療邁人新的發展階段。
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