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纳米药物递送系统:用于肿瘤化学免疫联合治疗的研究进展
nanomicrolett 2020-10-10 16:40
A Review on Nano-Based Drug Delivery System for Cancer Chemoimmunotherapy Weiwei Mu, Qihui Chu, Yongjun Liu, Na Zhang* Nano‑Micro Lett.(2020)12:142 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00482-6 本文亮点 1. 本文总结了目前肿瘤免疫治疗的方法。 2. 探讨了肿瘤化学免疫联合治疗的研究现状及应用前景。 3. 讨论和阐述了 纳米药物递送系统用于肿瘤化学免疫治疗 的最新研究进展。 内容简介 化疗免疫联合治疗具有协同治疗机制、减少用药剂量和增强治疗效果等优势,是一种很有潜力的肿瘤治疗方法。然而,两种治疗剂的药代动力学性质和体内分布不同、作用靶点不一致、肿瘤部位的药物比例不可控以及严重的全身副作用等影响协同抗肿瘤效果。纳米药物递送系统因其具有改善药物药动学性质、肿瘤靶向递送能力、肿瘤微环境响应性定点释药等特性,用于化疗免疫治疗剂的递送,有助于获得更优的协同抗肿瘤效果,具有潜在临床应用前景。 山东大学药学院药剂学研究所张娜教授团队回顾并系统总结了纳米药物递送系统应用于肿瘤化学免疫联合治疗的最新研究进展。 免疫治疗是一种通过调节免疫系统而不是专注于肿瘤细胞本身发挥作用的新型治疗手段,是肿瘤治疗的最新有效方法。然而,免疫检查点抑制剂的耐药性、治疗性疫苗的免疫原性弱、脱靶效应、严重的免疫相关不良事件(iRAE)等使某些肿瘤类型或患者的免疫治疗遭遇挑战。 大量的临床前研究证明,化疗可能为免疫治疗提供额外帮助,一些细胞毒性药物可以激发抗肿瘤免疫,如CDK4/6抑制剂能够刺激IFN-III的产生并增强肿瘤抗原提呈。合理的化学免疫联合治疗能够协同提高抗肿瘤效果。 为了确保最佳的化学免疫协同抗肿瘤效果,联用过程中需要注意两种药物的药代动力学性质差异和体内分布不同,肿瘤靶向特异性和肿瘤蓄积不足,肿瘤组织中药物比例不确定,以及严重的全身副作用等问题。纳米药物递送系统(NDDS)可以改善药物在体内的药代动力学行为,增加药物稳定性,实现靶向给药和药物控释,在化学免疫联合治疗领域有着广阔的应用前景。将NDDS应用于化学免疫联合治疗是目前肿瘤治疗的研究热点。本文综述了NDDS应用于肿瘤化学免疫联合治疗的最新研究进展。 图文导读 I 肿瘤免疫治疗 肿瘤免疫包括肿瘤细胞抗原释放、抗原提呈细胞提呈抗原、T细胞启动和激活、T细胞向肿瘤组织迁移和浸润,及细胞毒性T细胞对肿瘤细胞的识别和杀伤等几个关键步骤。每一步骤都有可能成为潜在的治疗靶点。针对这些靶点,目前的肿瘤免疫治疗方法主要包括治疗性抗体、肿瘤疫苗、过继细胞治疗和细胞因子治疗。 II 肿瘤化学免疫联合治疗 肿瘤化学免疫联合治疗是一种很有潜力的提高抗肿瘤疗效的方法。化疗药物可能通过增强肿瘤细胞免疫原性,影响调节T细胞(Treg)、髓源性抑制细胞(MDSCs)和树突状细胞(DCs)等免疫细胞的功能来调节肿瘤免疫。研究表明,适当剂量的化疗药物可以通过上调肿瘤抗原和MHC-I的表达,诱导共刺激分子的表达,下调肿瘤细胞表面的免疫检查点分子表达等途径来增强肿瘤细胞的内源性免疫原性。适当剂量的化疗药物可以调节Treg的抑制作用。例如,玻玛西尼与PD-L1抑制剂联合治疗MMTV-RTTA/Teto-HER2肿瘤小鼠的研究结果表明,两药联用与单药治疗分别比较治疗效果增强,肿瘤体积在第13天缩小~70%。 肿瘤化学免疫联合治疗临床试验也显示出可喜结果。研究表明,CD40抗体联合顺铂/培美曲塞治疗恶性胸膜间皮瘤,有更多的患者出现一过性肿瘤特异性T细胞免疫应答,有三位患者实现长期生存(超过30个月)。卡铂或顺铂与培美曲塞联合派姆单抗的组合已被FDA批准作为转移性、非鳞状非小细胞肺癌患者的一线治疗方案。 然而,也有一些化学免疫联合治疗肿瘤的临床试验效果不理想,患者之间疗效差异大,许多患者免疫反应不佳。因此,需要探索进一步提高化学免疫联合治疗免疫应答效果的新策略。 III 纳米药物递送系统用于肿瘤化学免疫联合治疗 NDDS为提高肿瘤的化学免疫联合治疗效果提供了新途径。目前有几种灵活的方法利用NDDS实现化学免疫联合治疗。如,一种药物可以以游离形式给药,另外一种药物可以通过NDDS给药(Free drug+Nano),或者两种药物分别由相似或不同的NDDS递送(Nano+Nano),或者两种药物共包载于同一个纳米载体中(co-encapsulation)。 “Free drug+Nano”策略具有处方灵活可调、给药间隔可控、制备简单、易于工业化放大和临床转化等优点。“Nano+Nano”策略具有配方灵活,给药剂量可调,两种制剂分布相似等优势。我们研究团队针对不同的靶细胞制备了双胞胎样纳米粒(TCN),分别靶向递送索拉非尼到肿瘤细胞和IMD-0354到巨噬细胞,以增强肿瘤化疗和免疫治疗效果。这两种TCN的体内分布相似,可以实现靶向递送不同药物到不同细胞,从而确保协同抗肿瘤效果。 “co-encapsulation”策略可以控制药物在肿瘤组织中的积聚,保证药物的可控释放,控制多种药物的时空递送。目前,已有各种各样的NDDS应用于化学免疫联合治疗,包括脂质体、聚合物胶束、树枝状大分子、金属和无机纳米粒、纳米凝胶和仿生纳米粒等(图1)。 图1.NDDS“co-encapsulation”策略应用于肿瘤化学免疫联合治疗。 3.1 脂质体 脂质体具有包封率高、靶向性好、毒性低等优点,作为化学免疫联合治疗的载体被广泛研究。亲水性治疗剂可以被包裹在脂质体内,疏水性治疗剂可以被包载于脂质双分子层中,治疗剂也可以通过与脂质之间的电荷相互作用或与脂质分子的化学链接,装载于脂质体内或脂质体表面。如图2,Lu等制备了一种共载多柔比星和IDO-1抑制剂(IND)的脂质体(DOX/IND-liposome)。DOX/IND-liposome通过磷脂与IND偶联自组装,通过主动载药方式装载多柔比星。结果表明,DOX/IND-liposome显著增强抗乳腺癌免疫应答。 图2.脂质体用于肿瘤化学免疫联合治疗。 3.2 聚合物胶束 聚合物胶束具有疏水内核和亲水外壳,具有制备简单、可同时装载多种药物和易于表面修饰的特点。疏水性药物可以被包载于胶束的疏水内核中,亲水性药物可以通过化学偶联来负载。聚合物胶束应用于肿瘤化学免疫联合治疗时,由于其粒径较小,易于随淋巴管渗透至淋巴结内,有利于肿瘤抗原和免疫佐剂的递送。Juan C. Mareque-Rivas等报道了一种Pt(IV)前药物修饰的聚乙二醇化磷脂胶束,胶束包裹氧化铁纳米粒(IONP)后用Poly(I:C)修饰,用于肿瘤化学免疫联合治疗。该胶束明显增强了对肿瘤细胞的杀伤作用(图3)。 图3. 聚合物胶束用于肿瘤化学免疫联合治疗。 3.3 树枝状聚合物 树枝状聚合物如PAMAM,PEI等,具有化学结构明确、单分散、易实现多功能和多价修饰等特点被广泛研究。树枝状大分子的疏水内核可以负载小分子药物,而功能化外周基团可通过化学连接免疫治疗剂,如治疗性抗体等。如图4,He等设计了一种基于PAMAM共载多柔比星和CpG的纳米粒(LMWH/PPD/CpG),用于转移性黑色素瘤的化疗免疫联合治疗。多柔比星通过pH敏感的腙键连接在PAMAM的末端氨基上。带负电荷的低分子肝素包覆于PAMAM表面形成LMWH/PPD/CpG。LMWH/PPD/CpG明显增强荷黑色素瘤小鼠免疫应答和治疗效果。 图4. 树枝状大分子用于肿瘤化学免疫联合治疗。 3.4 金属/无机纳米粒 金属和无机纳米粒通常具有光热治疗(PTT)和光动力治疗(PDT)效果,载药量高、易于功能化修饰、无免疫原性,既是良好的药物载体又是肿瘤治疗剂。目前许多金属和无机纳米粒已被用于化学免疫联合治疗研究,包括氧化石墨烯类纳米粒、介孔二氧化硅纳米粒、黑磷纳米粒、金纳米粒和铜纳米粒等。Dong等设计多功能CuS纳米粒(FA-CD@PP-CpG)用于CpG和多西他赛共递送,并协同PDT和PTT,获得增强的乳腺癌治疗效果。FA-CD@PP-CpG可以促进CTL浸润,抑制MDSCs,提高4T1-荷瘤小鼠的抗肿瘤效果(图5)。 图5. 金属纳米粒用于肿瘤化学免疫联合治疗。 3.5 纳米凝胶 纳米凝胶是具有纳米尺度的水凝胶支架,具有良好的生物相容性、高含水量以及与各种治疗剂(如小分子药物和生物大分子药物)良好的兼容性,被广泛应用于化学免疫联合治疗研究。通过靶向配体修饰、响应性功能键合成等手段,可以合理设计多功能纳米凝胶用于提升化学免疫联合治疗效果。Yang等报道了一种蜂毒素-RADA32水凝胶装载多柔比星,通过主动调节肿瘤微环境增强化学免疫联合治疗效果。该水凝胶通过控制药物释放、调节固有免疫细胞(如促进DC成熟)和耗竭M2型巨噬细胞增强对黑色素瘤的杀伤作用(图6)。 图6. 纳米凝胶用于肿瘤化学免疫联合治疗。 3.6 仿生纳米载体 仿生纳米载体具有仿天然的结构或形态、表面性质和大小,具有更强的靶向性和良好的生物相容性,可将药物输送到靶细胞或组织。白蛋白、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、转铁蛋白家族蛋白及其衍生蛋白等制备的仿生纳米粒已被应用于肿瘤化学免疫联合治疗研究。细胞膜仿生纳米粒主要由细胞膜包裹功能纳米粒组成。细胞膜仿生纳米粒上的细胞膜蛋白保持其生物活性,从而使细胞膜仿生纳米粒具有免疫逃逸、延长血液循环时间和肿瘤靶向的能力。不同的细胞膜使仿生纳米粒在肿瘤治疗中具有不同的功能。红细胞膜仿生纳米粒可以提高生物相容性和生物降解性,延长血液循环时间。Zhang等开发了一种红细胞膜包覆纳米粒(NRP+I),用于多西他赛和IL-2的共递送(图7)。该仿生纳米粒NRP+I具有增强的抗肿瘤免疫效果和药物肿瘤组织深层渗透性能。 图7. 仿生纳米载体用于肿瘤化学免疫联合治疗。 IV 总结与展望 NDDS应用于肿瘤化学免疫联合治疗的研究充满机遇,同时也面临巨大挑战: 1)尽管NDDS在打破肿瘤免疫平衡、清除肿瘤、抑制肿瘤转移等方面具有优势,但肿瘤部位免疫治疗药物蓄积增多可能诱发自身免疫性疾病,增加iRAE的发生。 2)化疗药物和免疫治疗药物通常具有不同的靶细胞,NDDS“co-encapsulation”策略通常难以实现对肿瘤组织中不同细胞的精准递送,这可能会增加药物脱靶效应。因此,合理设计定时定量释药的NDDS,实现不同药物精确靶向至不同细胞,是肿瘤化学免疫联合治疗研究的新方向。 3)由于工艺复杂、难以避免的药物泄露、辅料安全性问题、稳定性差等问题,NDDS的临床转化仍面临较大障碍。设计处方简单、制备工艺成熟、生物相容性好、易于工业生产的NDDS,仍是肿瘤治疗研究中的热点与难点。 作者简介 张娜 本文通讯作者 山东大学 教授 ▍ 主要研究领域 新型纳米药物递送系统,肿瘤化学免疫联合治疗。 ▍ 主要研究成果 教育部新世纪优秀人才,山东大学学科高峰计划药物动力学学科带头人。近年来主持科研课题17项,其中国家级课题9项。已发表研究论文110余篇,其中被SCI收录85篇,2014-2019年连续被爱思唯尔(Elsevier)科学文献出版社评为中国高被引学者。主编参编教材10余部。授权专利18项。 撰稿:原文作者 编辑:《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc),包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子:12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore:12.9,材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区:材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820),欢迎关注和投稿。 E-mail: editor@nmletters.org Tel: 021-34207624
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抗血栓纳米药物综述:心血管疾病个体化精准诊疗新策略
热度 1 nanomicrolett 2020-6-28 13:39
Nano-Medicine for Thrombosis: A Precise Diagnosis and Treatment Strategy Min Su#,Qixuan Dai#,Chuan Chen, Yun Zeng, Chengchao Chu*,Gang Liu* Nano‑Micro Lett.(2020) 12:96 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00434-0 本文亮点 1. 本文综述了 纳米药物 在 血栓症诊断和治疗 方面的最新研究进展。 2. 基于血栓生物标志物和纳米分子探针的 体内成像 可以实现血栓症的早期诊断。 3. 纳米载药系统 可作为抗血栓治疗的有效方式,并且具有较好的临床转化可行性。 研究背景 血栓形成与许多心血管疾病有关,如心肌梗死和中风。它是一个全球性的健康问题,也是导致死亡的主要因素之一。但是,目前血栓形成的临床诊断局限于疾病晚期,从而导致治疗窗口狭窄,难以提供合理有效的治疗。另外,临床用的溶栓药物,通常半衰期短,且可能会引起过敏反应及产生不必要的组织出血等问题。结合纳米药物在疾病诊疗中的优势,利用纳米药物在血栓形成的诊断和治疗也取得了较好的效果,引起科研人员的广泛关注。 内容简介 厦门大学刘刚教授课题组在本综述中总结了纳米药物在血栓诊断和治疗的最新进展,按照功能分为六种类型的纳米体系:1)使用“合成生物标志物”构建的体外诊断体系;2)使用纳米探针进行血栓的体内诊断;3)靶向性载药系统应用于溶栓治疗;4)血栓微环境响应给药系统;5)仿生纳米给药系统;6)基于外部激发的纳米治疗体系。最后,我们展望了纳米药物在临床中血栓形成诊断和治疗需要满足的条件,以及该领域后续发展的方向。 图文导读 I 纳米药物在血栓诊断中的应用 1.1体外诊断 体外诊断因其简单、快速、无侵袭性等优点而被广泛研究,例如酶联免疫吸附试验(ELISA)已应用于医院诊断。以纳米颗粒为基础的体外诊断已被用于检测疾病的生物标志物。然而,与血栓相关的生物标志物仅存在于血凝块中,在血液中没有显著的生物标志物,因此体外诊断无法直接检测到这些标志物。通过设计包含“合成生物标志物”的纳米复合物,在注射后可以在血栓区域代谢后释放“合成生物标志物”,并且通过肾脏过滤到尿液中。进一步的收集尿液,就可以实现“合成生物标志物”的测试。 Bhatia等人以氧化铁纳米虫(NWs)作为含有血栓响应肽(TAP)-标记肽序列的纳米载体(图1-a)。制备的纳米复合材料对凝血酶有选择性,并且在凝血酶活性作用下释放多肽片段。收集尿液后,利用ELISA和试纸可以实现多肽片段的测定。但是这种体系需要较长时间的代谢,无法实现血栓的快速测定。在进一步的研究中,Bhatia等将TAP多肽衍生物偶联到聚乙二醇支架(PEG-T1E)表面,制备另一种“合成生物标志物”纳米复合材料(图1-b)。该PEG-T1E的水动力直径约为8 nm,可以促进纳米复合材料的皮下注射进入血流。此外,皮下注射合成生物标记物3 h后,就可以在尿液中测试到“合成生物标志物”,从而实现血栓的快速诊断。 图1.基于“合成生物标志物”的血栓症体外诊断。 1.2体内成像 目前,已经有许多体内成像方法用于血栓的诊断,其中超声成像(US)、磁共振成像(MRI)和正电子发射断层成像(PET)在血栓的临床诊断中得到广泛应用。然而,常规影像学方法仅适用于晚期血栓,对血栓形成的早期诊断和评估仍难以实现。已知许多生物学特性,如纤维蛋白、活化的血小板、因子XIII等,都与血栓的形成密切相关。血栓形成相关生物标志物的可视化是现代分子成像的基础,进一步的研究对于疾病的精准治疗是必要的。 结合纳米探针良好的成像性能,含有靶向分子的纳米颗粒造影剂可以用来准确检测血栓。2017年,Cui等制备了二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧基二亚胺(PDI)衍生物,并将其组装成有机半导体纳米颗粒(~40 nm),该纳米粒子具有优异的光声(PA)性能(图2)。进一步表面靶向修饰后,将cRGD-PDI纳米颗粒静脉注射到体内,并且通过PAI进行研究。如图2所示,cRGD-PDI纳米颗粒能够识别出早期血栓,显示出良好的成像性能。此外,cRGD-PDI纳米颗粒可以区分早期血栓和晚期血栓,有助于理解血栓溶解过程。 基于纳米结构的体内成像诊断已成为研究最多的方法。体内成像需要两个重要因素:1)纳米探针应具有突出的成像性能或在血栓形成的微环境中显示成像;2)表面修饰使造影剂具有较长的循环时间、血栓靶向性和适当的生物安全性。 图2.cRGD-PDI纳米颗粒的制备及在早期血栓症PAI中的应用。 II 纳米药物在血栓治疗中的应用 2.1 靶向性溶栓载药系统 纳米载药系统也应用在溶栓治疗中,并且已经验证有明显优于单纯溶栓剂的治疗效果。由于脂质体表面修饰,并且容易包裹药物,成为了溶栓剂的首选递送载体。此外,联合使用体外激发可以在血栓部位显示有效的释放,如回声性脂质体(ELIP),采用脂质单分子层外壳,包裹八氟丙烷,并装载重组人组织型纤溶酶原激活物(rt-PA)。该纳米复合材料注射体内后,在表面修饰的靶向分子作用下富集在血凝块中,局部外用US使rt-PA释放并激发空化活性,实现溶栓效果。 Colasuonno等利用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚乙二醇(PEG)制备了一种模拟红细胞的盘状纳米结构,其独特的结构可以防止药物在脑内积聚,减少脑出血。组织型纤溶酶原激活剂(tPA)被共轭在材料表面。纳米复合材料独特的结构使其在体内长期循环,并具有良好的溶栓效率。 除了溶栓药物外,基因治疗药物也被应用于溶栓治疗。为此,一类水蛭素重组质粒(pDNA)被构建,并通过凝血因子Xa(FXa)基因连接。此外,RGDyC和PEG在聚酰胺树状聚合物(PAMAM)上进行了改性。然后,pDNA可以吸附在PAMAM表面。利用表面修饰的RGDyC,pDNA可以靶向血栓部位。在血栓中,可以表达重组水蛭素融合蛋白,并且该蛋白同时表达的RGDyC可诱导抗血栓形成的第二次靶向效应。 随着研究的深入,更多的有机或无机纳米结构被应用于血栓的治疗中。这些递送体系的设计应考虑三个因素:1)纳米结构的形貌、大小和表面修饰应有助于纳米药物在血凝块中富集,而且纳米结构本身应具有低生物毒性;2)纳米药物应该具有较好的稳定性,并且在血液中溶栓药物不从纳米微载体释放;3)多功能纳米颗粒应该能够实现影像学指导。 2.2 血栓微环境响应给药系统 基于疾病微环境的药物精准释放从而减少健康组织中的药物释放的递送策略也被广泛研究。并且,这种释放策略非常适合于溶栓药物的释放,可以减少溶栓剂的副作用。在血栓形成过程中,过氧化氢(H 2 O 2 )在血小板活化中发挥着重要作用,并能够刺激额外的血小板聚集。因此,H 2 O 2 是活化血小板的一个重要的生物标志物,H 2 O 2 抑制剂可以区分出活化的血小板与正常的血小板,从而显示出特异性抗血栓的治疗效果。 Lee等人制备了H 2 O 2 响应的纤维蛋白靶向成像和抗血栓纳米复合物(FTIAN)(图3)。其中,FTIAN表面含有以纤维蛋白为靶点的多肽、响应H 2 O 2 的硼酸盐、荧光探针IR820共价结合聚合物,以及装载有溶栓剂(tirofiban)的内核。在血栓斑块中,由于H 2 O 2 的作用,FTIAN可以解聚,然后释放tirofiban。同时,减少H 2 O 2 可以下调肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和可溶性CD40配体(sCD40L)。因此,FTIAN显示出抗氧化和抗炎作用,有利于抗血栓形成和溶栓。 图3.H 2 O 2 响应的溶栓治疗。 2.3 仿生纳米给药系统 除了有机或无机纳米结构,大量仿生纳米粒子也被应用在药物载运系统中。其中,细胞膜纳米粒子由于来源于细胞,并且具有生物相容性高、血液循环时间长、容易基因工程改造等特点,而被广泛研究。在血栓的形成中,最主要的过程是血小板的聚集和活化。因此,血小板膜具有聚集在血栓斑块中的能力,血小板膜(PM)包裹的纳米药物也被应用在血栓治疗中。2016年,Gu等人在PM包裹的纳米颗粒表面修饰了tPA,制备了仿生纳米溶栓剂。如图4所示,PM可以包覆在聚合物内核的表面,制备的tPA-PM-NP约为127 nm。并且,静脉注射后,该纳米复合物能够很好的聚集在肺血栓中。此外,在体内经过较长时间的循环后,tPA的仍然能够保持酶活性。将tPA-PM-NP注射到肺血栓模型后,纤维蛋白原的荧光强度明显降低。 图4. PM包裹的纳米溶栓治疗。 2.4基于外部激发的纳米药物治疗体系 除了使用溶栓药物治疗外,还可以应用机械作用、热疗和活性氧等进行溶栓治疗。在体内成像的帮助下,仅在血栓部位进行激发可以减少对正常组织的损害。例如,Zhong等人将全氟化碳(PFH)包裹在PLGA纳米颗粒中,并将Fe3O4纳米颗粒加载到PLGA表面(图5)。进一步修饰靶向CREKA肽后构建了多功能相转变溶栓纳米药物。该多功能纳米复合物还具有MR、PA和US造影剂的性能,从而可以实现多模态成像指导下的体内血栓形成的诊断。在靶向多肽的作用下,纳米复合物可以富集在血栓斑块位置。然后,在血栓处通过低强度聚焦US(LIFU)激发,血块经历了血细胞的溶血、纤维蛋白降解和自变形后发生溶栓效果。 图6.多模态成像引导的HIFU血栓治疗。 III 结论和扩展 目前,许多基于纳米药物的血栓诊断和治疗方法已被报道,其中一些已经取得了较好的效果。我们总结了血栓诊断和治疗体系需要具备的条件: 1)首先,纳米药物在血栓部位的积累是临床治疗的前提。利用靶向抗体或多肽等对纳米药物进行修饰具有重要意义。同时,纳米药物的形态、大小和表面亲水性调节也影响纳米药物在血栓中的富集。 2)其次,溶栓药物可引起不良组织或部位出血,甚至引起其他心血管疾病或器官损害。利用血栓微环境或光/声/磁激发的给药系统,实现药物只能在血栓部位释放而正常组织内仅泄漏少量的可控释放,以降低副作用。 3)实时成像不仅可以将血栓斑块与其他正常组织区分开来,还可以提供血栓的详细信息。因此,影像引导下的治疗是个性化治疗的关键因素。 作者简介 楚成超 本文通讯作者 厦门大学 副研究员 ▍ 主要研究领域 主要是致力于医学影像探针、疾病诊疗一体化的研究。围绕重大疾病新生血管动物模型开展了一系列基础研究工作。 ▍ 主要研究成果 在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、 Advanced Functional Materials、Advanced Science、Theranostics等高影响力学术期刊以第一作者或通讯作者发表论文10 余篇。荣获福建省优秀博士毕业论文,中国生物医学工程学会优秀博士论文。获得授权中国发明专利6项,青年科学基金项目、博士后面上资助。 ▍ Email: chuchengchao0225@163.com 刘刚 本文通讯作者 厦门大学 特聘教授 ▍ 主要研究领域 主要从事分子影像探针、生物医用高分子、药物/基因传输体系等工作。 ▍ 主要研究成果 国家自然科学基金杰出青年基金、优秀青年基金获得者。入选万人计划青年拔尖人才、教育部新世纪优秀人才、福建省特支计划科技创新领军人才等。作为通讯/并列通讯作者在PNAS、Nat Commun、Sci Adv、JACS、Adv Mater等国际知名杂志发表SCI论文80余篇,并入选科睿唯安(Clarivate Analytics)2019年度全球“高被引科学家”榜单。参编全国高校规划教材4部、英文专著12部。获得国家专利授权7项,其中2项进行了企业技术转移及临床转化。 ▍ Email: gangliu.cmitm@xmu.edu.cn ▍ 个人主页: https://mitm.xmu.edu.cn/info/1012/1228.htm 撰稿: 原文作者 编辑:《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊,主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯,在Springer开放获取(open-access)出版。可免费获取全文,欢迎关注和投稿。 E-mail: editorial_office@nmletters.org Tel: 86-21-34207624
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新型纳米药物抑制小鼠胰腺癌的进展
zhpd55 2018-1-3 17:03
新型纳米药物抑制小鼠胰腺癌的进展 诸平 据以色列特拉维夫大学( Tel Aviv University , TAU ) 2018 年 1 月 2 日提供的消息,该大学的研究人员与以色列希伯来大学( The Hebrew University ) 、以色列的希巴医疗中心( Sheba Medical Center )以及美国马里兰大学( University of Maryland )的研究人员合作完成了一项新研究:发现新型纳米药物可以抑制小鼠胰腺癌的进展。 这项研究成果已经在《自然通讯》( Nature Communications )杂志网站 2018 年 1 月 2 日发表 —— Hadas Gibori , Shay Eliyahu , Adva Krivitsky , Dikla Ben-Shushan , Yana Epshtein , Galia Tiram , Rachel Blau , Paula Ofek , Joo Sang Lee , Eytan Ruppin , Limor Landsman , Iris Barshack , Talia Golan , Emmanuelle Merquiol , Galia Blum , RonitSatchi-Fainaro . Amphiphilic nanocarrier-induced modulation of PLK1 and miR-34a leads to improved therapeutic response in pancreatic cancer . Nature Communications , 2018, 9, Article number: 16. doi: 10.1038/s41467-017-02283-9 . Published online: 02 January 2018. s41467-017-02283-9.pdf 此项成果是由 TAU 萨克医学院 (Sackler Faculty of Medicine) 生理学和药理学系主任 Ronit Satchi-Fainaro 教授领导的研究小组完成的。参与此项研究的还有 Hadas Gibori 和 Shay Eliyahu 博士( Dr. Shay Eliyahu ) , 他们都是 Ronit Satchi-Fainaro 教授多学科实验室的研究人员;与 Ronit Satchi-Fainaro 教授合作的还有 TAU 计算机科学学院( Blavatnik School of ComputerSciences )的 Eytan Ruppin 教授( Prof. Eytan Ruppin ), Eytan Ruppin 教授也在美国马里兰大学计算机科学系与生物信息学及计算生物学中心( Department of ComputerScience and Center for Bioinformatics and Computational Biology, University ofMaryland )任职,也有马里兰大学的其他人员参与。以色列希巴医疗中心( Sheba Medical Center )等研究人员参加。 文章指出一种已知的致癌基因 , 也就是一种促进癌症发展的基因和一种致癌抑制基因 microRNA ( oncosuppressor microRNA )的表达之间的博弈,是延长胰腺癌患者得以存活的原因所在,这可能是为胰腺癌这种致命疾病和其他癌症研制有效的鸡尾酒疗法的基础。因为, 胰腺癌是目前已知的最具侵袭性的癌症之一。绝大多数的胰腺癌患者在确诊一年后就会死亡。 Satchi-Fainaro 教授( Prof. Satchi-Fainaro )说:“ 尽管现代医学提供了所有的治疗手段,但 75% 的胰腺癌患者在确诊后的 12 个月内死亡,其中包括许多在短短几个月内死亡的患者。但在被诊断出的患者中,约有 7% 的人能存活超过 5 年。我们试图检查那些幸存者和其他病人的区别。我们认为,如果我们能理解为什么一些胰腺癌患者,是如何与这种最具侵略性的疾病抗衡而生活几年的,我们也许就能制定出一种新的治疗策略。”更多信息请注意浏览: Novel nanomedicine inhibits progression of pancreatic cancer in mice January 2, 2018, Tel Aviv University Credit: CC0 Public Domain A new Tel Aviv University study pinpoints the inverse correlation between a known oncogene—a gene that promotes the development of cancer—and the expression of an oncosuppressor microRNA as the reason for extended pancreatic cancer survival. The study may serve as a basis for the development of an effective cocktail of drugs for this deadly disease and other cancers. Thestudy, which was published in Nature Communications, was led by Prof.Ronit Satchi-Fainaro, Chair of the Department of Physiology and Pharmacology atTAU's Sackler Faculty of Medicine, and conducted by Hadas Gibori and Dr. ShayEliyahu, both of Prof. Satchi-Fainaro's multidisciplinary laboratory, incollaboration with Prof. Eytan Ruppin of TAU's Computer Science Department andthe University of Maryland and Prof. Iris Barshack and Dr. Talia Golan of ChaimSheba Medical Center, Tel Hashomer. Pancreatic cancer is among the mostaggressive cancers known today. The overwhelming majority of pancreatic cancerpatients die within just a year of diagnosis. Despite all the treatmentsafforded by modern medicine, some 75% of all pancreatic cancer patients diewithin 12 months of diagnosis, including many who die within just a fewmonths, Prof. Satchi-Fainaro says. Butaround seven percent of those diagnosed will survive more than five years. Wesought to examine what distinguishes the survivors from the rest of thepatients, Prof. Satchi-Fainaro continues. We thought that if wecould understand how some people live several years with this most aggressivedisease, we might be able to develop a new therapeutic strategy. Callinga nano-taxi Theresearch team examined pancreatic cancer cells and discovered an inversecorrelation between the signatures of miR-34a, a tumor suppressant, andPLK1, a known oncogene. The levels of miR-34a were low in pancreatic cancermouse models, while the levels of the oncogene were high. This correlation madesense for such an aggressive cancer. But the team needed to see if the same wastrue in humans. Thescientists performed RNA profiling and analysis of samples taken frompancreatic cancer patients. The molecular profiling revealed the same genomicpattern found earlier in mouse models of pancreatic cancer. Thescientists then devised a novel nanoparticle that selectively delivers geneticmaterial to a tumor and prevents side effects in surrounding healthy tissues. Wedesigned a nanocarrier to deliver two passengers: (1) miR-34a, which degradeshundreds of oncogenes; and (2) a PLK1 small interfering RNA (siRNA), thatsilences a single gene, Prof. Satchi-Fainaro says. These weredelivered directly to the tumor site to change the molecular signature of thecancer cells, rendering the tumor dormant or eradicating it altogether. Thenanoparticle is like a taxi carrying two important passengers, Prof.Satchi-Fainaro continues. Many oncology protocols are cocktails, but thedrugs usually do not reach the tumor at the same time. But our 'taxi' kept the'passengers'—and the rest of the body—safe the whole way, targeting only thetumor tissue. Once it 'parked,' an enzyme present in pancreatic cancer causedthe carrier to biodegrade, allowing the therapeutic cargo to be released at thecorrect address—the tumor cells. Improvingthe odds Tovalidate their findings, the scientists injected the novel nanoparticles into pancreatic tumor-bearingmice and observed that by balancing these two targets—bringing them to a normallevel by increasing their expression or blocking the gene responsible for theirexpression—they significantly prolonged the survival of the mice. Thistreatment takes into account the entire genomic pattern, and shows thataffecting a single gene is not enough for the treatment of pancreatic cancer orany cancer type in general, according to Prof. Satchi-Fainaro. Explore further: Newtherapeutic pathway may keep cancer cells turned 'off' s41467-017-02283-9.pdf
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纳米药物抗肿瘤:小尺度大风浪(下篇)
热度 5 frankeyfeng 2017-4-20 17:33
本文原载于微信公众号“生息资讯”,作者为博主本人,经公众号授权转载。更多更即时的生物医学资讯欢迎关注公众号。 ======================================================================= 导言 纳米药物是一种新型的药物,但本质上又是老药的新用。这一领域虽然年轻,却已经有了广泛的应用,本文中我们仅讨论纳米输运系统在抗肿瘤中的应用情景。上篇文章中,我们了解了什么是纳米药物,纳米药物的原理和优势,还看了纳米药物中成功的典范。本周将和大家讨论纳米药物研究中的失败曲折。 2010 以来的风浪坎坷 纳米药物的发展并非一帆风顺,最近更是遭遇了诸多失败,还潜藏着危机。 2010 年以来的多个药物研发上市的失利和科研中的重大发现,向我们传递着负面的信息。下面我们主要介绍两个案例 中国企业海外投资一周白花 500 万美元 近十年来纳米药物研发投资史上最糟糕的一个例子是海正药业投资 Celsion Corp. 的 ThermoDox® 了。广大投资者在三期临床结果披露的那一天损失惨重,海正的 500 万美元投资血本无归。 ThermoDox® 是由 Celsion 开发的一种含有阿霉素的热敏感型脂质体。当加热到 40 ° C 附近时,脂质体裂开,快速释放药物。当初研究者设想,如果在癌症局部加热,就可以大大增加药物在肿瘤部位的蓄积量。于是,联合使用 ThermoDox® (给药)和射频消融术(加热)治疗的肝脏肿瘤的临床研究被寄予厚望。在看到一些“令人为之振奋”的一期临床实验数据后, FDA 甚至给 Celsion 开了绿色通道——直接上三期!正是这时(什么时间?),海正药业与 Celsion 签署了合作协议。直接投资 500 万美元支持他们的临床研究,以获得该药物在中国市场投放的一些特权。然而,仅仅在交易一周之后,临床试验结果揭晓:这种治疗方案,并不能显著增加患者的生存率。失败了! Celsion 股价应声而跌,海正的 500 万美元没有了!(图五) 图五 ThermoDox 三期临床失败 Celsion 股价应声而跌(图片来源见水印) 说句题外话:这一失败从投资领域来看其实是可以预期的,有人利用对临床实验的预判,做空 Celsion 短期获利巨大。我们就不展开详谈了,感兴趣的朋友可以看新浪微博 @ 招财小韩的经典分析。 著名纳米药物公司 BIND therapeutics 倒闭 提到纳米药物,不得不提及的一个人就是 Robert Langer ,一个伟大的科学家,不仅在学术上造诣极高,在工业转化和工程开发上同样引领时代的潮流。仅他的实验室每年科研经费就高达1000万美金。纳米药物领域的最近的一个重磅的打击,来源于他创办的著名纳米药物公司 BIND Therapeutics 。他们的主打产品之一 BIND-014 在临床二期实验中的失败,导致公司无法偿还债务,一度申请破产保护。(现在破产了没有?) 图六 BIND-014 结构示意图 (图片来源 Nature ) BIND-014 是一种由聚合物构成的纳米载体,内部包裹了化疗药物阿霉素,表面修饰了可与前列腺特异性膜抗原( PSMA )结合的靶向配体(图六)。研究人员希望这种纳米载体可以更加准确地将药物带到表达有这种抗原的肿瘤部位,以实现减毒增效。临床前的一系列实验结果表明,该系统可以有效的杀灭动物模型上的肿瘤。 2013 年 BINDTherapeutics 以 7050 万美金上市,引得投资者争相涌入。然而不久之后的临床实验结果却令人大跌眼镜。结果表明,这一产品对宫颈癌和头颈癌无效,对某种肺癌有效但是却并不能比现有手段(紫杉醇治疗)更加有效。于是 BIND-014 项目被砍了, BIND Therapeutics 大幅裁员,股价应声而跌。投资者和债权人来要钱,无力偿还的公司只好申请破产保护。 到底是什么原因,导致了从原理到初期动物实验表现都不错的纳米药物面临如此巨大的危机屡战屡败?为何有些纳米颗粒有效,而有些又无效呢? 纳米药物为何对肿瘤病人不起效? 接连的失败,让研发人员陷入困境。人们开始重新审视思考纳米药物这一命题,美国NIH对于纳米药物研发项目的资金支持也更为审慎。 这两个药物失败了,其他的呢 ?有研究人员应用 Meta-analysis 的方法首先分析了纳米药物领域的经典龙头老大阿霉素和阿霉素脂质体的区别。脂质体到底有没有用?结果令人咋舌:从 14 个临床实验的结果来看, 相对于常规给药方式,脂质体给药并没有显著提高治疗的效果 (病人生存率没有显著提高,无进展生存期没有显著提高)。 临床试验结果与设想的理论不符,那么问题出在哪里呢?面对惨痛的临床试验结果,科学家们开始追根溯源,重新审视纳米药物的作用原理,提出了一些可能存在的问题,总结如下图: 图七 纳米药物输运中面临的问题(图片来源 Nature Reviews Cancer ) 话题回到我们先前提到的飞船设想里面的关键四步。这四步看起来简单容易解决,事实却远非如此。(“阅读原文”,查看纳米药物介绍上半部分。) 第一步, 飞船的设计建造 ,即高品质纳米颗粒的制备。从米到厘米并不复杂,因为原理基本不变,只是把模具变小了。而从厘米到纳米确需要完完全全的从头设计。做一个并不十分恰当的类别:就像经典力学到量子力学的跨越,基本原理需要重新确认。许多纳米药物的研发中面临的第一个障碍就在于此。工业中也许只能采用妥协的方式—— 造一些简陋点的飞船 。 第二步, 在血管中的隐形输运 。越来越多的研究表明,即使经过“隐形化”处理的纳米颗粒,仍然会有一定的免疫原性,并且在表面吸附一定量的蛋白(蛋白冕 Protein corona ),导致整体结构的变化和尺寸的变化。换句话说, 飞船一旦进入体内,就不是原来的样子了 ! 第三步, 肿瘤的靶向 。上文提及的靶向有两种,一种是被动靶向,一种是基于配体识别的主动靶向。近年来的研究发现, 被动靶向 并非简单的血管间隙变大,颗粒通过,而是一个复杂、动态、受肿瘤类型肿瘤大小影响、受颗粒大小影响的极其复杂的过程。 不是简单的能够通过或者不能通过 。动物和人体的 被动靶向 ,也是不同的。那么,主动靶向分子修饰呢?可能受到颗粒表面蛋白冕的影响, 没有办法确定靶向分子是否可以有效暴露在外面 。试想,如果靶向分子的外面还有一层蛋白,那靶向怎么起作用呢?更进一步讲,即使纳米颗粒到达了肿瘤部位,如何继续进一步靶向到特定细胞,特定亚细胞器和特定蛋白和核酸? 第四步 , 肿瘤部位药物的释放 。如何保证纳米颗粒在血液中不释放,到达作用部位再释放?体内环境复杂而又精细,肿瘤部位与正常组织的区别也是很小的,如何设定最优的释放条件?除此之外,随着肿瘤生物学的研究的日渐深入,人们又意识到,肿瘤的异质性,实体瘤穿透性,微小转移灶的发现,肿瘤血管坏死……这些复杂的问题,都会影响纳米药物在肿瘤病灶的精准释放。 纳米药物还差“九九八十一难” 世间万物均有成功和失败,纳米药物研发也是如此。诸多的问题,尤其是原理上的问题,严重阻碍着纳米药物的未来发展和临床转化。纳米药物的前方还有九九八十一难,无法一一详述,列举一些当前存在的问题供大家探讨(排名不分先后): 被动靶向 究是如何工作的,受到什么因素的影响?纳米颗粒表面蛋白冕究竟是如何的状态,对纳米颗粒有什么影响?纳米颗粒是如何进行细胞间和细胞内输运的?纳米颗粒如何突破肿瘤基质?纳米颗粒如何深入实体肿瘤的内部?纳米颗粒如何完全躲避免疫系统?如何实现复杂纳米颗粒的工业化生产?在纳米药物真正广泛应用之前,需要解决的问题只会比这些更多。 图八 三十年纳米药物畅想(图片来源 Nature Reviews Materials ) 当然,我们也并不认为纳米药物要就此画上句号,当前的真实情况更倾向于是: 纳米药物的发展才刚刚开始 。对比人类近期的重大药物发现抗体药物来看,纳米药物现在正处于发展的早期。 20 世纪 80 年代的抗体药物,经历了大爆发式的研究。经历了近30年的发展,近年终成正果,大量重磅药物上市,拯救无数性命的同时让药企赚的盆满钵满。 2000-2014 年期间,纳米药物领域的研究论文数量,每两年都会增加一倍,势如破竹。我们大胆推断,在不远的将来一定会有这样的小飞船,游走在体内,清除患病的组织,治愈疾病。那大概要多久呢?也许是三十年。加拿大学者 Warren Chan 在最近的一篇展望中给出了这个时间轨迹(图八)。现在的技术手段更新迭代,远不同于纳米科技刚起步的那个时代;研究论文大量的发表,计算统计手段也高度发达。一些科学家也已经站出来去试着解决递送中的诸多问题。 结语 伟大的物理学家 Richard Feynman 在 1959 年的美国物理学会会议上做了著名的《底层的丰富》的演说。提出了 There’s plenty of room at the bottom 的说法,顺利挖开了纳米科技的汪洋大海( keng )。这句话也正好适合这篇文章的结束,纳米药物发展至今,底层的空间仍有很大。尽早尽快的探明这些内容,也许正是我们短期内的使命。 注:本文并未讨论直接利用纳米颗粒杀伤肿瘤的情况,并非遗漏,而是非本文重点。其他如有原则性或事实错误请联系作者。 长按图片关注生息资讯,获得更多信息。 参考文献: Bourzac K. News Feature: Cancer nanomedicine, reengineered. Proceedings of the National Academy ofSciences , 2016, 113(45) : 12600. Barenholz, Y. Doxil(R)--the first FDA-approved nano-drug: lessons learned. J Control Release, 2012, 160 (2): 117-134. Otagiri, M., et al.. Albumin in Medicine, Springer ,2016, 39 Petersen, G. H., et al.. Meta-analysis of clinical and preclinical studiescomparing the anticancer efficacy of liposomal versus conventionalnon-liposomal doxorubicin. J ControlRelease, 2016, 232 : 255. Shi, J., et al. Cancer nanomedicine: progress, challenges and opportunities. Nature Reviews: Cancer, 2017, 17(1) : 20. Wilhelm, S. et al, Analysis of nanoparticledelivery to tumours, Nature Reviews:Materials , 2016, 1 : 16014
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纳米药物抗肿瘤:小尺度大风浪(上篇)
热度 3 frankeyfeng 2017-4-18 09:52
                本文原载于微信公众号“生息资讯”,作者为博主本人,经公众号授权转载。更多更即时的生物医学资讯欢迎关注公众号。 ======================================================================= 导言 纳米药物是一种新型的药物,但本质上又是老药的新用。这一领域虽然年轻,却已经有了广泛的应用,本文中我们仅讨论纳米输运系统在抗肿瘤中的应用情景。我们将着重为你解释 什么是纳米药物,纳米药物的原理和优势 ,举例说明纳米 药物中的成功的典范 。 我们还将在下次的文章中带来纳米药物研究中的失败曲折和对于未来的畅想,敬请期待! 药剂学的 “ 终极奥义 ” 药物的研发领域有诸多不同的分支,例如研究化合物合成和结构 - 效应关系的药物化学,研究药物作用机理的药理学等等。但是这些学科所研究的内容往往是消费者无法看到的。病人和医生能接触到的是盒子里的药片、丸、胶囊,瓶中的注射液,软膏等等。这些片、丸、胶囊、注射液、软膏等正是药剂学的研究范畴。药剂学的核心工作就是 将有活性的药物分子做成可供医生病人使用的形式 。 那么问题来了:为什么要把药物分子做成片剂、胶囊、注射液、软膏呢?大致有两个原因: 1 , 为了让药物分子稳定不被破坏。 例如某种药物在酸性环境不稳定,那就用肠溶胶囊裹起来:在酸性的胃里,药物躲在胶囊内部,到肠道的碱性环境中再释放出来发挥作用(提示大家平时用药时尽量不要拆开胶囊或者切碎药片吃,因为你可能破坏了它的保护结构)。 2 , 为了让更多的药物蓄积在疾病部位 ,更少的药物到达非疾病部位,从而 提高疗效,降低副作用 。例如含有激素的某某软膏,抹在疙瘩上,止痒消红肿,不需要吃下去改变全身激素情况。上述例子中使用的胶囊、软膏等都可以称为 载体系统 ,就像一辆车,一艘船,为货物(药物)遮风挡雨,把货物运送到它该去的地方。药剂学工作,主要就是想办法根据药物分子和疾病的特点去设计制备合适的载体系统。好了,读到这里,你已经窥破了药剂学的 “终极奥义”:寻找合适的载体系统 。 图一 传统药物输运载体举例。 纳米药的起源和发展 纳米科技的横空出世,为载体系统的开发带来了新的活力。首先我们来解释, 什么是纳米科技 。众所周知,纳米是一种长度计量单位, 1 nm = 10 -9 m 。任何一个物体只要它有一条边的长度处于 1-100 nm 范围,就成为了纳米科学的研究对象。 纳米药物递送过程中,涉及到的关键步骤有 4 步(比把大象装冰箱多一步): 1 )把药物装进纳米颗粒; 2 )纳米颗粒带着药物在血管中游走; 3 )纳米颗粒找到肿瘤部位; 4 )把药物释放出去。 早期理论和实验证据表明纳米颗粒在实现药物递送上有着先天的优势。 首先,对于装载药物而言,尺寸越小的颗粒(尤其是多孔结构),其相对比表面积也越大。因此科学家认为 纳米颗粒可以比普通剂型装载更多药物 。其次,对于血管运输而言,常规血管内径在微米级别, 纳米颗粒可以在血管内自由通行 。再次, 肿瘤部位更是为纳米载体打开了一扇大门 :科学家发现肿瘤部位的血管结构相对正常部位更加稀疏,可以允许尺寸在 400 nm 以下的颗粒自由通行,纳米颗粒可以方便进入,这种效应被称为 EPR 效应;肿瘤表面还有一些特异性受体可供识别,进一步提高纳米颗粒在肿瘤的蓄积。最后, 药物的可控性释放同样也可以实现 。科学家们已经开发出了多种可控解体的材料用来制备纳米颗粒,可以帮助药物以预先设定的方式从纳米颗粒中释放出来。 抗肿瘤药物领域,开发高效的新型载体系统显得极其重要 。首先,肿瘤生物学和临床化疗的研究表明,许多抗肿瘤药物可以高效杀死肿瘤细胞同时也可以同样高效地杀死正常细胞,最终导致病人无法承受化疗的痛苦,或因化疗而死。所以,传统 “非定向”载体系统递送药物无法解决化疗药物的毒性问题 。其次, 新型药物比如核酸或者蛋白药物,因为分子量大且性质不稳定,传统的给药系统无法将其送入病灶发挥作用 。这些棘手的问题都可以通过设计新型载体系统解决: 通过用可以特异性识别肿瘤的分子修饰纳米载体,可以制造“定向性”抗肿瘤药物、提高纳米颗粒在肿瘤的蓄积。 核酸不可能自发进入细胞,一定需要载体系统递送到细胞内才能发挥作用。传统载体本身就是厘米尺寸的,不可能进入到微米尺度的细胞内。而通过特殊设计的纳米载体容易跨越体内多重障碍,进入到细胞里面。 于是,科学家的脑海中勾勒出这样一幅画面(图二):携带有药物的“迷你飞船”在血管中游走;到达体内某个部位后,与周围组织细胞进行通信,确认是否为正确的目的地;确认完成后,“飞船”将药物释放出来,精确摧毁肿瘤组织。 图二:迷你飞船在血液中治疗红细胞疾病的示意图(来源: Chinadaily ) 纳米药物重磅炸弹的产生与井喷式研究论文 DOXIL® : FDA 批准的第一个纳米药物 阿霉素( Doxorubicin )是一种广谱的抗肿瘤药物,可以在有效抑制诸如白血病,淋巴瘤,乳腺癌等肿瘤。然而,它的人体应用却面临巨大的毒性风险。除了常规化疗药物几乎都会有的引起病人体重下降、白细胞减少外,其严重的心脏毒性,让病人承受巨大的痛苦。于是,人们开始尝试使用纳米载体系统来为它减毒增效。 图三 DOXIL ® 示意图(来源: DOXIL ® 说明书) DOXIL® ( ALZA Corp. )是一种包载有抗肿瘤药物的阿霉素长循环脂质体,被 FDA 批准用于乳腺癌、卵巢癌、骨髓瘤等肿瘤的治疗,是 FDA 批准的第一个纳米药物和脂质体类药物。有报告指出,脂质体类药物 2015 年的全球市场达到 12.5 亿美元,并且逐年上升,未来潜力巨大。 DOXIL® 的结构由两部分组成(图三),磷脂双分子层组成的囊泡作为 载体 和内部腔室包载的 药物 分子盐酸阿霉素。磷脂双分子的表面修饰有聚乙二醇分子( MPEG-DSPE coating ),可以帮助脂质体躲避网状内皮系统的捕获,保障 EPR 效应的实现。磷脂双分子膜使用的是高 Tm 的磷脂酰胆碱( HSPC )与胆固醇,具有较高的稳定性。抗肿瘤药物阿霉素通过“遥控载药法”被包载在脂质体的内部。早期的临床试验表明,在多种肿瘤模型中,同样给药剂量下, DOXIL® 相对于阿霉素溶液,可以将更多的阿霉素递送到肿瘤部位,因此 推断 , DOXIL 具有更强的抗肿瘤活性和更低的副作用。 DOXIL 一经上市,便引起了市场的广泛关注。近年来,各大药厂也争相仿制类似药物或尝试使用脂质体去递送其他有毒的化疗药物。未来的脂质体市场会更加庞大。 ABRAXANE® :缔造历史上最富有的医生 紫杉醇是另一种神奇的化疗药物,它主要作用于微管,影响细胞的有丝分裂过程,将细胞阻断在 G2-M 期,从而抑制肿瘤的增殖。然而紫杉醇的临床应用却面临一个严重的问题:紫杉醇本身是疏水性的,在体液环境下无法溶解。早期的临床应用中,人们不得不向注射液中加入一定量的乙醇和助溶剂去增加紫杉醇的溶解度。尽管这种方法解决了溶解的问题,却引入了致敏性物质。加上紫杉醇本身的毒性,使用者面临着过敏,骨髓抑制,神经毒性等一系列的副作用。 图四 ABRAXANE® 结构示意图(图片来源见水印) ABRAXANE® ( Celgene Corp. )应运而生。 ABRAXANE® 是一种紫杉醇白蛋白纳米粒注射液(图四)。其组成成分主要包含两部分:一是人血清白蛋白( HSA )作为 载体 ,二是紫杉醇作为起效 药物 。在水溶液中将白蛋白与紫杉醇混合后,经过高压均质处理,即可获得尺寸约为 130 nm 的纳米颗粒。溶液中疏水性的紫杉醇结合在 HSA 的疏水部位。该纳米颗粒可以有效保护紫杉醇不被降解,白蛋白的包裹也有利于其体内的安全性。 2005 年, ABRAXANE® 被批准用于乳腺癌治疗,后来相继成为部分肺癌和胰腺癌的一线用药。 13-14 年度的销售额高达 6 亿美元。作为该药物的主要开发者,著名的华人医生 Dr. Patrick Soon-Shiong (陈颂雄)通过药物上市及相对应的股票交易,获利巨大,一举成为史上最富有的医生。 通过以上的两个例子,我们可以看出,纳米药物可以解决化疗中的重要问题,具有巨大的市场潜力。自 Doxil 以来,无数的药剂学家、化学家、生物学家纷纷跳入纳米药物的汪洋大海( keng )。纳米药物领域的文章发表和专利提交有了巨大的发展。然而,危机和风浪已经悄然而至。 具体是什么危机和风浪呢?我们在这里先卖一个关子,敬请期待我们下次的文章! 长按图片关注生息资讯,获得更多信息。 参考文献: Bourzac K. News Feature: Cancer nanomedicine, reengineered. Proceedings of the National Academy of Sciences , 2016, 113(45) : 12600. Barenholz, Y. Doxil(R)--the first FDA-approved nano-drug: lessons learned. J Control Release, 2012, 160 (2): 117-134. Otagiri, M., et al.. Albumin in Medicine, Springer , 2016, 39 Petersen, G. H., et al.. Meta-analysis of clinical and preclinical studies comparing the anticancer efficacy of liposomal versus conventional non-liposomal doxorubicin. J Control Release, 2016, 232 : 255. Shi, J., et al. Cancer nanomedicine: progress, challenges and opportunities. Nature Reviews: Cancer, 2017, 17(1) : 20. Wilhelm, S. et al, Analysis of nanoparticle delivery to tumours, Nature Reviews: Materials , 2016, 1 : 16014           
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[转载]英尝试用纳米技术挑战“世纪瘟疫”
redtree 2012-12-19 00:41
英尝试用纳米技术挑战“世纪瘟疫” 副作用更少,易于新生儿与儿童服用 作者:赵熙熙 来源: 中国科学报 发布时间:2012-12-18 8:11:42 Steve Rannard说:“这标志着我们进行的纳米药物研究已迈出了从实验室进入临床的第一步。” 图片来源:英国利物浦大学 本报讯 全世界目前有3400万人正饱受被称为“世纪瘟疫”的艾滋病的折磨,这种疾病的预防和治疗一直是各国科学家的研究重点。如今,英国科学家正在开展一项耗资165万英镑的研究项目,该项目旨在对首批治疗艾滋病的纳米药物进行研制和实验。 这种艾滋病新型疗法有望为防治儿童艾滋病带来曙光。大约90%的艾滋病患儿是通过母婴传播感染的。如不经治疗,1/3的感染儿童会在出生后一年内死亡。在撒哈拉以南非洲地区,有340万15岁以下儿童罹患艾滋病。 这一研究项目在利物浦大学开展,旨在研制出副作用更少的易于新生儿与儿童服用的廉价、高效抗艾滋病药物。 新型疗法是对如今被称为抗逆转录病毒药物(ARVs)的艾滋病治疗药物的一种改良。 为应对不同病人对不同药品反应各异的状况,由利物浦大学研制出的这种抗逆转录病毒纳米颗粒药物,有望降低病人对药物的毒性和变异性反应。 对纳米颗粒药物进行的研究显示,对于其他疾病也可以实施小剂量给药,从而为降低药品副作用和耐药风险开辟了空间。这种纳米药物的大小不足1微米,而人体头发的直径是80微米。 利物浦大学化学系教授Steve Rannard说:“在世界范围内,纳米药物每天都被用于治疗多种疾病。但目前还没有能使病人受益的治疗艾滋病的纳米颗粒药问世。”他说:“此项目也标志着我们进行的纳米药物研究已迈出了从实验室进入临床的第一步,代表着艾滋病治疗新药研发的一个重要里程碑。” “如果我们计划在利物浦皇家大学医院进行的健康志愿者临床试验能够展现出真正的潜力,接下来,我们的合作伙伴将在艾滋病病人身上开展进一步研究,并对抗逆转录病毒药物颗粒的临床效果进行验证。我们还将在发展中国家对新型儿童抗艾药品进行试验,以期为全世界的艾滋病病人提供更安全、更有效的治疗。”Rannard补充说。 利物浦大学分子与临床药理学系教授Andrew Owen则指出:“在研究的早期阶段,我们将药理学和安全性评估纳入评估范围,这使得我们在临床试验首选方案上快速取得进展。” Owen说:“截至目前,我们的研究数据看上去十分喜人,它为减少艾滋病患者常规用药量提供了潜力。这项研究建立在无国界医生组织和其他机构努力改善抗逆转录病毒药物疗法的基础上,并有望在全球范围内为抗逆转录病毒药物的安全性带来实实在在的好处。更为重要的是,我们也希望为那些疾病治疗负担沉重的资源匮乏型国家节约用于艾滋病治疗的开支。” 目前,用于治疗儿童艾滋病的适宜药品十分有限,而现行用于婴儿的治疗方法不是剂量不足,就是超量给药。而利物浦大学研制的新型纳米抗艾药品可溶于水,给药方便,特别适合于新生儿服用。 这一项目将根据临床各阶段的生产要求,使用相应技术进行抗逆转录病毒纳米药物的生产。 英国工程与自然科学研究理事会首席执行官David Delpy说:“如今,纳米相关技术的研究几乎已经渗透到工程与自然科学研究的各个领域。这项研究将可能为被艾滋病病毒感染的儿童带来巨大好处 。”(赵熙熙) 《中国科学报》 (2012-12-18 第2版 国际)
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BIND-014:首例靶向性及程序性癌症治疗纳米药物(附2010年专利)
zhpd55 2012-4-7 10:52
BIND-014:首例靶向性及程序性癌症治疗纳米药物(附2010年专利)
BIND-014 :首例靶向性及程序性癌症治疗纳米药物 据《科学——转化医学》( Science Translational Medicine )网站, 2012 年 4 月 4 日发表的研究报告—— Jeffrey Hrkach, Daniel Von Hoff, Mir Mukkaram Ali, et al. Preclinical Development and Clinical Translation of a PSMA-Targeted Docetaxel Nanoparticle with a Differentiated Pharmacological Profile . Science Translational Medicine , 2012; 4 (128): 128ra39 DOI: 10.1126/scitranslmed.3003651 ,其全文请浏览 Full Text (PDF) ,补充材料请浏览 Supplementary Materials } , BIND-014 作为首例靶向性及程序性癌症治疗的纳米药物,临床应用表现出良好的治疗效果。 在小鼠、大鼠和猴子体内进行的测试表明,在24小时内,与标准的 多烯紫杉醇( docetaxel or Taxotere) 注射所能产生的效果相比,用纳米微粒传输 多烯紫杉醇 产生的血药浓度是前者的100倍,并且在肿瘤上积聚的药物也是注射用药的10倍。在较早前对17个人进行的一项临床安全试验中,研究人员发现药物在肿瘤上积聚,并且其临床毒性只相当于通常规定的多烯紫杉醇剂量毒性的20%。 这项研究是由 BIND 生物科学( BIND Biosciences )公司、美国布莱根妇女医院( Brigham and Women's Hospital )、达那 - 法伯癌症研究所( Dana-Farber Cancer Institute )、哈佛医学院( Harvard Medical School )、麻省理工学院( Massachusetts Institute of Technology )、 美国亚利桑那州菲尼克斯市翻译基因组学研究院 (Translational Genomics Research institute) 、韦恩州立大学 Karmanos 癌症研究所 ( Wayne State University Karmanos Cancer Institute )以及威尔·康奈尔医学院( Weill Cornell Medical College 等研究机构的科研人员合作完成。 在这篇文章中,研究人员证实 BIND-014 通过有效靶向肿瘤表达的某种受体获得了高肿瘤药物浓度,此外还显示了可与原型化疗药物多烯紫杉醇( docetaxel or Taxotere) 相比较的显著的疗效、安全性和药理特性。更多信息请浏览原文。与BIND-014有关的2项专利可以浏览: US20100068285.pdf US20100068286.pdf
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