納米生物新技術(shù)

1、 納米科技被視為21世紀(jì)關(guān)鍵的高新技 術(shù)之一，其中納米生物技術(shù)是目前國(guó)際 生物技術(shù)領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)問題，在醫(yī) 藥領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和明確的產(chǎn)業(yè)化 前景，特別是納米藥物載體將在疾病的 診斷、治療和衛(wèi)生保健方面發(fā)揮重要作 用。 多次給藥，濃度水平不穩(wěn)定 一次給藥維持穩(wěn)定藥物水平 藥物 游離藥物半衰期短 靶向后增加到達(dá)病灶部位藥物比例 控釋 靶向 納米藥物制劑 O O O O OOP O OH NHCO PEGTat+ CH3ON N NHS O O NHCOAPRPGPEG + _ OOP O O Tat + _ OOP O O Tat + _ OOP O O Tat + _ OOP O O Ta

2、t + _ OOP O O Tat + _ OOP O O Tat SDAPRPG _ + SDAPRPG _ + SDAPRPG _ + SDAPRPG _ + SDAPRPG _ + SDAPRPG _ + 物理偶聯(lián) 抗腫瘤藥物 復(fù)合 O O O O OOP O OH NHCO PEGTat _ APRPGPEGSD + 二硬脂酰卵磷脂（ DSPE ） 靶向腫瘤血管配體：APRPG 緩控釋智能開關(guān)： pH敏感性碘胺二甲氧嘧啶(SD) 細(xì)胞膜穿透肽Tat 抗腫瘤藥物 抗腫瘤藥物磷脂復(fù)合物納米粒 磷脂的改性及功能化 2. 靶向基團(tuán)的引入 3. 抗腫瘤藥物磷脂復(fù)合 物納米粒的制備 納米基因載體

3、腫瘤的基因治療：缺乏靶向性強(qiáng)、轉(zhuǎn)染效率高的基因載體， 臨床效果不是很理想 納米基因載體：緩釋藥物、靶向輸送、保護(hù)核苷酸、毒性小 脂質(zhì)體基因載體 樹狀多聚體的基因載體 表面正電荷與核苷酸發(fā)生靜電作用，形成納米載體與質(zhì)粒DNA的復(fù)合物。通過其表 面陽(yáng)離子與細(xì)胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，實(shí)現(xiàn)基因治療。 納米陽(yáng)離子脂質(zhì)體 納米基因載體 1: 納米脂質(zhì)體基因載體 Andrew R. Reynolds, S. Trends Mol Med. 9 (2003 ): 2-4 以av3 整合蛋白為靶向的基因納米材料 (a): av 3-NP/RAF(-)表達(dá)的ATPu-RAF與 av3整合蛋白結(jié)合;

4、(b):內(nèi)皮細(xì)胞凋亡(c): 腫瘤細(xì)胞饑餓死亡. 納米脂質(zhì)體基因載體 美國(guó)密西根州大學(xué)James等研制的對(duì)聚酰胺-胺型 (PAMAM)樹突狀聚合物。裝載了 DNA的樹突狀聚合體注入組織，內(nèi)吞作用的方式進(jìn)入細(xì)胞，DNA分子釋放出來，實(shí)現(xiàn)基 因的整合。 Eichman JD, James R.Baker. et al. Pharm Sci Techonol Today. 3 (2000): 232-245 納米基因載體 2:樹突狀物的多聚體 PAMAM 磁介導(dǎo)熱療 將納米尺度的磁性顆粒定位于腫瘤組織，然后施加一外部 交變磁場(chǎng)，使材料因產(chǎn)生磁滯、馳豫或感應(yīng)渦流而被加熱，這 些熱量再傳遞到材料周邊的腫

5、瘤組織中，使腫瘤組織溫度超過 42，導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡及壞死，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的治療。 Morozp, Jones SK, Gray BN. Int J Hyperthermia, 18(2002): 42674284 磁介導(dǎo)熱療 1 1：磁性陽(yáng)離子脂質(zhì)體 Akira Ito, Masashige Shinkai, Hiroyuki Honda, et al. J.Biosci Bioeng.100,1 (2005): 111 陽(yáng)離子脂質(zhì)體 中性脂質(zhì)體 磁介導(dǎo)熱療 2 2：抗體結(jié)合的磁性脂質(zhì)體 Akira Ito, Masashige Shinkai, Hiroyuki Honda, et al.

6、J.Biosci Bioeng. 100,1 (2005): 111 四、利用納米技術(shù)進(jìn)行腫瘤治療 腫瘤組織生理特性EPR效應(yīng)(enhanced permeability and retention effect)大多數(shù)實(shí)體瘤的病理 生理特征與正常組織器官相比有顯著不同。表現(xiàn)為腫 瘤血管生長(zhǎng)迅速，外膜細(xì)胞缺乏，基底膜變形，淋巴 管道回流系統(tǒng)缺損，大量血管滲透性調(diào)節(jié)劑(緩激肽、 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子，一氧化氮、前列腺素和基質(zhì)金屬 蛋白酶等)的生成。這些生理性變化有利于迅速增長(zhǎng)的 腫瘤組織獲取大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣。同時(shí)這也導(dǎo)致了 腫瘤血管滲透性的增加，進(jìn)而產(chǎn)生了EPR效應(yīng)。 它是指大分子藥物、藥物載體如

7、脂質(zhì)體等可 以穿透腫瘤缺損的血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入腫瘤組 織，并由于清除障礙而高濃度長(zhǎng)時(shí)間蓄積在 腫瘤組織中，有的可長(zhǎng)達(dá)100h。研究發(fā)現(xiàn)相 對(duì)低分子質(zhì)量的物質(zhì)不能長(zhǎng)時(shí)間蓄積在腫瘤 組織中，因?yàn)樗鼈兛梢砸詳U(kuò)散的方式返回到 循環(huán)體系中。一般認(rèn)為大于501000的分子 或與其相當(dāng)?shù)牧Ｗ佑忻黠@的EPR效應(yīng)。 利用藥物載體的磁性特點(diǎn)，在外加磁場(chǎng)的作用下，磁性納米 載體將富集在病變部位，進(jìn)行靶向給藥。 納米載藥微粒：物理化學(xué)導(dǎo)向 納米載藥微粒 尺度：直徑10500 nm的固態(tài)膠體粒子 構(gòu)造：藥物通過溶解、包裹作用位于粒子內(nèi)部, 或通過吸附、耦合作 用位于粒子表面 特點(diǎn)：長(zhǎng)循環(huán)、緩釋、靶向 納米微粒 長(zhǎng)循環(huán) 靶

8、向、緩釋 物理化學(xué)導(dǎo)向 生物導(dǎo)向 熒光修飾的抗體進(jìn)行識(shí)別和定位 利用抗體、細(xì)胞膜表面受體的專一性作用，將配位子結(jié)合在載體上，與目標(biāo)表 面的抗原性識(shí)別器發(fā)生特異性結(jié)合，使藥物能準(zhǔn)確地作用于目的細(xì)胞。 納米載藥微粒：生物導(dǎo)向 X X He, X Lin, K Wang, W Tan. J Nanosci Nanotechol.1( 2004): 235-254 與抗體結(jié)合的納米材料與腫瘤抗原的特異性結(jié)合 抗癌藥物裝載 納米藥物載體 靶向分子偶聯(lián) （分子靶向） 控制釋放結(jié) 構(gòu) EPR效應(yīng)（被動(dòng)靶向）磁靶向（物理靶向） AA98抗體靶向與治療 抗體 腫瘤 抑瘤率 AA98 hepatocarcinom

9、a 70.5 % Leiomyosarcoma 49.8% Pancreatic cancer 48.7% 131I-AA98 Pancreatic cancer 86.2% 自主創(chuàng)新的抗腫瘤血管抗體AA98 磁性空心球包裹IL-12連接抗體BVE-1（nano-IL12-MCAB)靶向腫瘤區(qū)血管 vnano-IL12-MCAB血管斷血、斷營(yíng)養(yǎng)腫瘤細(xì)胞壞死 于PBS液中2天后PEG-PLGA納米粒 PEG-PLGA納米粒 長(zhǎng)循環(huán)納米粒（也稱為隱形納米粒） 人體內(nèi)起防御功能的網(wǎng)狀內(nèi)皮吞噬系統(tǒng)對(duì)外來異物的識(shí) 別能力很強(qiáng) 巨噬細(xì)胞消除外來粒子的一個(gè)重要機(jī)制是通過識(shí)別結(jié)合 于微粒上的免疫球蛋白（IgG

10、）和Fc段和補(bǔ)體來吞噬抗體 結(jié)合的微粒 血漿中的多種成分如血漿蛋白等可以吸附到納米粒表面， 這就是調(diào)理過程 而巨噬細(xì)胞上存在這些血漿成分的受體 藥物在血中循環(huán)時(shí)間短，到達(dá)不了靶器官，不能產(chǎn)生長(zhǎng) 效緩釋作用 極性微粒不易被吞噬，Zeta 電位越高吞噬越少。表面雙 親性或親水性的微粒在血中循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)。采用親水性材 料對(duì)納米粒進(jìn)行表面修飾，可提高其表面親水性、增大 空間位阻及調(diào)整Zeta 電位，延長(zhǎng)納米粒在體內(nèi)的循環(huán)時(shí) 間。 長(zhǎng)循環(huán)納米粒的的表面修飾有共價(jià)偶聯(lián)和表面吸附和生 物模擬。 共價(jià)偶聯(lián) 將PEG等親水性聚合物通過酯鍵共價(jià)連接到納 米粒載體上，可得到較穩(wěn)定的包衣層 表面吸附 通過物理吸附的原理

11、，將某些表面活性劑吸附 到納米粒的表面也可達(dá)到長(zhǎng)循環(huán)的目的 本法主要采用非離子型聚氧乙烯類表面活性劑，最常用 的是泊洛沙姆及其乙二胺衍生物 機(jī)制：不帶電荷，親水性的表面包衣層具有立體排阻作 用，有效阻斷了巨噬細(xì)胞對(duì)納米粒的吞噬作用親水性包 衣能有效減少納米粒對(duì)血中成分的吸附以減少粘附，降 低血漿蛋白的調(diào)理作用。 生物模擬 由于補(bǔ)體系統(tǒng)在RES吞噬異物時(shí)發(fā)揮重要作用, 因此通過模擬細(xì)胞和病原體來減少或抑制補(bǔ)體系統(tǒng)的活 性,可以避免吞噬。將神經(jīng)節(jié)苷脂(GM1)加入到脂質(zhì)體的 膜中,它就具有了長(zhǎng)循環(huán)特性。肝素能在不同階段抑制 補(bǔ)體系統(tǒng)的活性,將它共價(jià)連接到聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)納米粒上,發(fā)現(xiàn)

12、其半衰期為5,在血中可停留長(zhǎng) 達(dá)72,而PMMA納米粒的半衰期只有3min。血漿補(bǔ)體 在高溫下失活,可將納米粒用血漿包衣后,在靜注前,56 處理30min,可延長(zhǎng)微粒的血中循環(huán)時(shí)間。 多肽糖和環(huán)糊精表面修飾表面包裹多聚糖類物質(zhì)的納 米粒也能免于被MPS攝取。PLA和聚賴氨酸接枝多聚糖 納米粒已發(fā)展成為高效DNA的載藥體系。這些納米粒 不會(huì)自動(dòng)團(tuán)聚,并對(duì)血清蛋白無(wú)選擇性吸附。 原發(fā)性肝細(xì)胞癌是世界上最常見的惡 性腫瘤之一，一旦發(fā)現(xiàn)已屬中晚期，難 以治愈，轉(zhuǎn)移性肝癌的治療效果更差。 目前大部分肝癌主要依靠非手術(shù)治療， 全身化療和肝動(dòng)脈連續(xù)灌注化療并沒有 取得令人滿意的療效，其主要原因是這 些治療方

13、法缺乏高度的選擇性，不能有 效殺死癌細(xì)胞和消除化療藥物對(duì)健康細(xì) 胞的毒性。 將具有磁性定位阿霉素磁納米粒用于治療 肝癌，在腫瘤部位加磁場(chǎng)，將攜帶有抗 癌的磁性載體通過血管注入體內(nèi)后，在 磁場(chǎng)的作用下，在腫瘤部位富集，并釋 放出攜帶的藥物。同時(shí)，納米粒因其體 積極小，易進(jìn)入細(xì)胞；100 nm左右的納 米粒本身對(duì)癌細(xì)胞有特異的破壞作用。 因此，阿霉素磁納米粒，可顯著提高治 療肝癌療效。減輕毒副反應(yīng)。 先進(jìn)性與創(chuàng)新性 具有高效靶向性，可提高藥物療效，減 少正常組織的藥物暴露，降低毒副作用 的發(fā)生。 可調(diào)整載體材料種類或配比，控制藥物 的釋放速度，制備出緩釋性的載藥納米 粒。 載藥納米?？梢愿淖兡み\(yùn)轉(zhuǎn)

14、機(jī)制，增加 藥物對(duì)生物膜的通透性，有利于細(xì)胞內(nèi) 藥效發(fā)揮。 磁性納米顆粒的制備 磁性材料的制備 磁性納米顆粒的制備 納米粒的透射電鏡照片（10000倍） 磁性物質(zhì)（Fe3O4）均勻分布于納米粒中 納米粒的掃描電鏡照片 納米粒的倒置顯微鏡照片（200倍） 可見納米粒均勻分布于磁場(chǎng)中 納米粒的倒置顯微鏡照片（200倍） 納米粒在磁場(chǎng)的作用下聚集于磁鐵的一側(cè) 納米粒的倒置顯微鏡照片（200倍） 當(dāng)磁鐵與納米粒的距離增大時(shí)，納米粒所受的磁力減小，納米粒 的運(yùn)動(dòng)速度減慢，納米粒因磁化而相互吸引，沿磁力線的方向形 成串珠狀聚集 納米粒的倒置顯微鏡照片（200倍） 納米粒在運(yùn)動(dòng)過程中照相所形成的軌跡 不同溫

15、度制備的納米粒洗滌后進(jìn)入溶液的游離阿霉素百分率 磁性納米在正常肝臟中的靶向性 在磁場(chǎng)的存在下,磁區(qū)肝組織抗癌藥物濃 度為正常肝組織的2.6倍 80%以上的納米粒聚集于肝臟 未加磁場(chǎng)正常肝組織（HE染色，200倍） 見較大的血管中未發(fā)現(xiàn)納米粒的存在 加磁場(chǎng)正常肝組織（HE染色，200倍） 見小動(dòng)脈及肝竇中大量的納米粒聚積 大鼠肝癌模型制作 購(gòu)置種鼠 制備實(shí)體瘤 肝癌模型 腫瘤在肝臟中受植情況（HE染色200倍） Walker-256肝癌細(xì)胞在移植后7天在肝臟組織中 生長(zhǎng)良好 磁性納米藥物載體在肝癌模型中 的靶向性 無(wú)磁場(chǎng)，腫瘤區(qū)抗癌藥物濃度為正常肝組織 的2.8倍 在磁場(chǎng)的存在下,腫瘤區(qū)抗癌藥物

16、濃度為正常 肝組織的8.7倍 80%以上的納米粒聚集于肝臟 未加磁場(chǎng)的腫瘤組織（HE染色，200倍） 腫瘤中可見少量散在的納米粒存在 加磁場(chǎng)的腫瘤組織（HE染色，200倍） 腫瘤的小血管中可見大量納米粒聚積 加磁場(chǎng)的腫瘤組織（HE染色，200倍） 腫瘤的小動(dòng)脈中可見大量納米粒聚積 加磁場(chǎng)的腫瘤組織（HE染色，200倍） 腫瘤周圍小動(dòng)脈中可見大量納米粒聚積 磁性納米粒對(duì)移植性肝癌的療效 生存率 1.0 0.6 0.2 0 10 20 30 40 50 60 生存天數(shù) 生 存 率 曲 線 NS治療組 阿霉素治療組 磁性微球治療組 磁性微球外加磁場(chǎng)治療組 納米粒不加磁場(chǎng)治療組的腫瘤組織（HE200）

17、 注藥后36小時(shí)見腫瘤組織片狀壞死，瘤周可見淋巴 細(xì)胞浸潤(rùn) 納米粒加磁場(chǎng)治療組的腫瘤組織（HE200） 注藥后36小時(shí)見腫瘤組織除邊緣少許細(xì)胞存活，其余 部位腫瘤組織全部壞死 納米粒加磁場(chǎng)治療組的腫瘤組織（HE200） 注藥后60天見腫瘤組織被纖維組織和無(wú)結(jié)構(gòu)的組織所代 替，找不到癌細(xì)胞的存在 磁 粉 靶 向 抗 體 納 米 粒 利 用 磁 靶 向 納 米 粒 聚 集 于 腫 瘤 部 位 加 交 變 磁 場(chǎng) 使 腫 瘤 區(qū) 升 溫42.5 度 以 上, 腫 瘤 壞 死 治療后2天 治 療 后 4 至 5 天 后 發(fā)展趨勢(shì) 納米生物技術(shù)是目前國(guó)際生物技術(shù)領(lǐng)域 的前沿和熱點(diǎn)問題，在醫(yī)藥和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

18、領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和明確的產(chǎn)業(yè)化前 景。 美、日、德等先進(jìn)國(guó)家均已將納米生物 技術(shù)作為21世紀(jì)的科研優(yōu)先項(xiàng)目予以重 點(diǎn)發(fā)展，一場(chǎng)新的國(guó)際納米生物技術(shù)科 技競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開始。醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域納米 生物技術(shù)的研究尚處于起步階段，但近 幾年在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究已取得一定的進(jìn) 展。 德國(guó)決定啟動(dòng)新一輪納米生物技術(shù)研 究計(jì)劃，將在今后6年內(nèi)投入1億馬克， 第一批21個(gè)項(xiàng)目的參與資金為4000萬(wàn)馬 克，計(jì)劃的主要重點(diǎn)是研制出用于診療 的摧毀腫瘤細(xì)胞的納米導(dǎo)彈和可存儲(chǔ)數(shù) 據(jù)的微型存儲(chǔ)器，利用該技術(shù)進(jìn)一步開 發(fā)出微型生物傳感器，用于診斷受感染 的人體血液中抗體的形成，治療癌癥和 各種心血管病。 美國(guó)政府2000年7月11日發(fā)布國(guó)家納米 技術(shù)啟動(dòng)