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载药白蛋白纳米粒的研究进展

发表时间:2022-04-26 14:45:36   浏览量:16

载药白蛋白纳米粒的研究进展

 

白蛋白是一种血浆中含量最多的蛋白,其生物相容性较好,无毒,体内代谢不会产生有害物质,无抗原性,易于纯化且水溶性较好,可以通过静脉注射给药。由于白蛋白具有多种药物结合位点,白蛋白纳米粒可以包载各种药物,并且其结构域上含有疏水域,可以较好地包载疏水性药物。

 

白蛋白作为载体材料,除了具有以上优点外,在肿瘤靶向上具有独特的优势。由于实体瘤在生长过程中需要大量的氨基酸和能量,而白蛋白是实体瘤氨基酸和能量的主要来源,因此肿瘤细胞表面存在白蛋白结合受体gp60,白蛋白纳米粒与gp60 受体结合,gp60 进一步与一种细胞内蛋白质(caveolin-1)结合,接着细胞膜内陷产生转胞吞囊泡,使白蛋白纳米粒跨过内皮细胞,进一步与白蛋白结合蛋白SPARCsecreted protein, acidic and rich in cysteineSPARC 在大部分肿瘤细胞中过表达)结合,最终导致肿瘤内的累积量增加[3]。除了利用白蛋白纳米粒自身的性质实现靶向肿瘤外,白蛋白表面还存在多个功能基团,通过修饰连接相应配体,从而实现更进一步的特异性靶向。另外白蛋白纳米粒表面存在多个功能基团,可以通过共价衍生化在纳米粒表面接上靶向配体,实现药物的主动靶向。因此,白蛋白纳米粒是一种较好的药物载体。


 

1.白蛋白纳米粒

 

白蛋白分子上存在许多药物结合位点,并且其疏水域也可以结合疏水性药物,因此白蛋白可以较好地结合多种药物。另外白蛋白可以作为肿瘤和炎症组织的能量和氨基酸来源在这些部位富集。白蛋白还具有生物可降解,无毒,无免疫原性等特点。利用白蛋白制备纳米粒,既可以较好地载药,改善药物特性,也可以增加药物在肿瘤部位的累积,是一种较好的策略。

2.白蛋白纳米粒的制备

2.1乳化法

 

将疏水性药物溶于有机溶剂中,与白蛋白水溶液混合通过高压微射流均质机形成W/O 乳液,通过化学交联或热变性的方法固化然后减压蒸发除去有机溶剂,形成纳米粒。这是唯一可放大生产的方法。Y型容腔采取两股流体对射的方式,避免了传统均质机流体与碰撞环对撞可能产生脱落物的风险

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微射流乳化试验




乳化试验:1000bar三遍



微射流系统

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恩替洛韦(ETV)对慢性乙型肝炎具有较好的治疗效果,但是存在病毒的耐受变异导致的疗

效减弱的问题。对此,He [23] 利用甘草次酸会减少ETV 外排的性质,以及白蛋白纳米粒会在肝脏部位聚集的作用,将甘草次酸即ETV 通过乳化超声挥发法包入白蛋白纳米粒。该纳米粒既增加药物在肝脏部位的累积同时两种药物协同作用增加ETV 的疗效。将ETV-E80、甘草次酸和大豆油溶于二氯甲烷中作油相,将油相与白蛋白水溶液混合超声,接着除去有机溶剂完成制备。

 

乳化法通常需要用到有机溶剂,而有机溶剂的使用可能导致剂型毒副作用的产生与增加,同时生产过程中会污染环境。Demirkurt [24] 利用离子液体设计了一种环保的白蛋白纳米粒合成方法并对该方法的各项因素进行了考察。主要原理如下:咪唑类离子液体会导致白蛋白变性,将白蛋白水溶液与离子液体混合,水不能完全与离子液体混合,加入表面活性剂形成含有水域的混合液体,再加入交联剂戊二醛,形成白蛋白纳米粒。将有机溶剂替换为离子液体,极大地改善了环保问题,同时形成的纳米粒子具有较好的物理化学性质。

 

2.2 自组装

 

通过一定方法增加白蛋白分子疏水性,如蛋白质分子内部二硫键的还原、加入变性剂、加入亲脂性药物或减少蛋白质表面的伯胺基团等,促进白蛋白自组装形成纳米颗粒。常用的还原剂包括β- 巯基乙醇、二硫苏糖醇以及半胱氨酸等。制备过程简单,与去溶剂法相似,应用较广泛。

 

β- 巯基乙醇作为还原剂展开白蛋白的过程存在毒副作用的问题。Saleh [16] 用谷胱甘肽来代替β- 羟基乙醇来断开白蛋白分子内的二硫键,使白蛋白展开暴露疏水区域,接着加入含有姜黄素的乙醇溶液,然后通过自组装形成纳米粒。谷胱甘肽具备良好的生物相容性,该过程不涉及其他有毒试剂。卡巴他赛(CTZ)是对抗前列腺癌的二线药,但是CTX 较弱的水溶性限制了其在临床上的应用,并且该药目前唯一上市的剂型Jevtana 仍存在许多副作用。针对这些问题Sun [19] 通过自组装的方式将药物载入白蛋白纳米粒中,CTX 溶于乙醇和白蛋白水溶液混合,然后注射至65 ℃去离子水中快速搅拌,接着降温形成纳米粒形成白蛋白纳米粒。在此基础上通过连接叶酸赋予纳米粒叶酸介导的靶向能力。在血液稳定性实验中,相对于CTX 的吐温80- 乙醇混合溶液的形式,白蛋白纳米粒具有更好的血液相容性、更低的毒副作用及更高的疗效。

 

2.3 去溶剂化法

 

将乙醇等脱水剂逐滴加入到白蛋白水溶液至溶液浑浊,通过减少白蛋白的水化膜使其析出形成白蛋白纳米粒。形成的纳米粒在水中会重新分散,因此需要通过热变性或者加入交联剂使其形成稳定的纳米粒。最后除去残留的交联剂和有机溶剂得到纯化的白蛋白纳米粒。制备过程简单快速。

 

 

3.白蛋白纳米粒的修饰

 

虽然纳米粒的EPR 效应和gp60 介导的主动靶向可以增强药物在肿瘤的累积,但是白蛋白纳米粒在面对某些肿瘤时不能达到理想的治疗效果仍然存在一些问题如靶向性不够强、组织渗透作用不强无法到达肿瘤深处、血液中的稳定程度较弱等。纳米粒表面修饰肿瘤细胞特异性配体可以提高纳米粒靶向性,改善药物药动学及组织分布的性质,还可以防治药物的提前释放,从而导致的药物毒性及疗效降低。

 

3.1 修饰细胞穿膜肽

 

对于一些肿瘤组织来说,药物的治疗效果主要由两个因素决定,分别是靶向能力和渗透能力。如果靶向能力强而渗透能力弱,药物的治疗效果仍然达不到要求。近来,CPP 与肽靶向配体(如T7 RGD)一起被用于协助药物在肿瘤内穿透,以同时解决肿瘤治疗中的靶向和穿透问题。肿瘤细胞表面存在一些CPP 结合受体。CPP 与肿瘤组织之间存在强静电吸附作用,因此可以通过修饰相应配体改善纳米粒肿瘤靶向特异性和选择性作用。

 

血脑屏障是治疗脑肿瘤的主要障碍之一,大脑微血管内皮细胞结构紧密且跨细胞的内吞作用较弱,许多药物分子不能通过血脑屏障。尤其在脑肿瘤的治疗中,血脑屏障极大的限制化疗药物的作用。Zhang [7] 通过在白蛋白纳米粒表面修饰低分子量鱼精蛋白(LMWP)来增强纳米粒的跨血脑屏障效果。

 

3.2 内源物质修饰的白蛋白纳米粒

 

仿生递送系统是一种高级靶向的策略,利用内源性物质修饰纳米粒,实现对相应受体的靶向。由于肿瘤组织的新陈代谢旺盛,需要大量的能量和营养物质,因此肿瘤细胞表面会表达大量的营养物质转运体(如GLUT-1LATLDL 受体,甘露糖受体,转铁蛋白还有白蛋白结合蛋白)以满足生长的需求。由于肿瘤细胞大量表达营养物质转运体的特点,因此对于一些肿瘤,白蛋白纳米粒本身就具有靶向肿瘤的作用。除此之外还可以在白蛋白纳米粒表面修饰甘露糖等物质来进一步增强纳米粒靶向肿瘤细胞的能力。

 

3.3 其他物质修饰的白蛋白纳米粒肿瘤

 

细胞除了大量表达营养物质转运体外,还会大量表达其他受体,如CD44 +,叶酸受体等。在白蛋白纳米粒表面上修饰相应的配体,实现肿瘤细胞的靶向。

 

3.4 其他功能修饰

 

对于白蛋白的修饰,除了实现更好,特异性更强的靶向外,还可以赋予白蛋白其他特性:如增加白蛋白纳米粒的稳定性,延长体内半衰期,增加载药量等。

 

白蛋白纳米粒虽然具有较好的生物相容性,无毒、无免疫原性等特点,但是在递送药物上仍存在缺陷,白蛋白可能会与血液中的蛋白质反应导致肿瘤细胞对纳米粒的摄取减少。Saha [14] 将白蛋白与月桂胺连接,增加白蛋白的疏水性,增加载药量,促进白蛋白自组装形成纳米粒,还使形成的白蛋白纳米粒表面带弱正电。纳米粒表面带弱正电,可以减少其与两亲性脂质(正常细胞膜)和血液中蛋白质反应,从而增加其在血液循环中的稳定性。另外,肿瘤细胞表面带有阴离子脂质,弱正电的白蛋白纳米粒可以更好地与肿瘤细胞膜作用,增强纳米粒的治疗效果。最终形成的纳米粒具有较好的稳定性,较少了药物的毒副作用,增强了对肿瘤的治疗效果。

 

白蛋白作为药物载体,由于其固有的结构特性和体内含有各种酶和蛋白质的复杂环境,导致其不够稳定,因此Ruan [3] 将分子间的二硫键转变为分子内的二硫键,既提高了白蛋白纳米粒的稳定性,还赋予还原响应释放的性质。然后对纳米粒表面修饰SP,利用SP NK-1 受体介导的内化作用实现跨血脑屏障和对脑胶质瘤靶向作用外。最终,该纳米粒通过靶向作用和还原响应释放的特性更好地治疗肿瘤。

 

4.微环境敏感型白蛋白纳米粒

 

许多药物存在毒副作用的原因是由于药物对正常细胞也会产生杀伤作用,解决方法除了设计靶向纳米粒外,还可以针对肿瘤微环境的特点设计条件敏感型纳米粒来实现药物的控释,使纳米粒只在肿瘤部位释放药物而在生理条件下稳定,从而降低药物的毒副作用。肿瘤微环境的特点包括偏酸性的pH,谷胱甘肽的含量高,缺氧导致的活性氧含量高等特点。

 

4.1 p H 敏感型白蛋白纳米粒

 

肿瘤的快速生长会导致肿瘤的氧供给不充足,使肿瘤微环境呈现酸性,而人生理条件下的pH=7.4,另外内涵体的pH 值为 5.5~6.0,溶酶体的pH4.5~5.0。针对以上特点,对白蛋白载体修饰,使载体呈现pH 敏感性,实现药物控释,增强靶向性。制备pH 敏感型的药物载体主要通过利用pH 敏感键,包括腙键、乙缩醛键等,或者利用含有碱性或酸性嵌段共聚物的质子化作用,实现pH 敏感释放。

 

4.2 还原敏感型纳米粒

 

谷胱甘肽是人体细胞中的生物还原剂,其在细胞中的含量越为2~20 mmol/L,是体液和细胞外基质含量(2~20 μmol/L)的100~1 000 倍,而肿瘤组织中,氧含量较低,其GSH 的含量又是正常组织的4 倍。因此可以利用这一差别来实现药物的还原响应释放。

 

 

4.3 低氧敏感型白蛋白纳米粒

 

由于肿瘤组织生长迅速新陈代谢旺盛,流经肿瘤组织的血液不足导致肿瘤组织周围呈现低氧的情况。利用肿瘤组织低氧环境与正常组织的常氧环境的区别,可以设计低氧敏感型纳米粒。虽然100~150 nm 的纳米粒具有较好的肿瘤靶向性及血清稳定性,但是其在到达肿瘤组织后,较弱的组织渗透能力限制了药物的疗效发挥。而减少粒径虽然会增加组织渗透能力,但是纳米粒在血液循环中的稳定性便会降低,导致毒副作用的增加及疗效的降低。

 

4.4 多重敏感型白蛋白纳米粒

 

设计多重敏感型白蛋白纳米粒可以赋予纳米粒特殊的性质,更好地提升纳米粒的稳定性,增强药物对肿瘤的特异性作用降低毒副作用。

 

在纳米粒被细胞摄取后,可以通过促进内涵体逃逸以及促进复合物在胞浆中崩解快速释放药物能进一步提高药物疗效。在基因递送中,使用非病毒载体递送基因主要存在以下问题:转化效率低、血液循环中不稳定及脱靶导致的细胞毒性等。

 

5.总结与展望

 

纳米递送系统在许多药物尤其是肿瘤药物的精确治疗中起着重要的作用。除了精确靶向病灶,提高疗效外,还可以延长半衰期,提高药物稳定性,降低毒副作用等。对于肿瘤治疗来说,纳米递送系统可以通过EPR 效应被动靶向肿瘤组织,从而增强抗肿瘤药物的疗效。纳米递送系统包括脂质体、聚合物胶束、高分子纳米粒等,其中白蛋白作为一种天然的高分子材料,在纳米递送系统中有着重要的地位。

 

白蛋白具有良好的生物相容性、无免疫原性、生物可降解等特性。白蛋白表面存在多种药物结合位点,并且含有多种带点氨基酸可以通过静电吸附的方式结合多种药物。由于肿瘤组织生长迅速,因此大部分肿瘤组织会通过gp60 受体和SPARC 蛋白摄取结合大量白蛋白作为其能源和氨基酸的来源,白蛋白纳米粒或者是表面修饰白蛋白的纳米粒可以通过这种方式靶向肿瘤组织。除此之外白蛋白表面存在多种功能基团可以通过修饰各种相应的配体进一步实现肿瘤组织的靶向或者产生其他功能如增强组织渗透能力等。还可以通过对白蛋白的修饰实现药物的控释,如白蛋白存在17 个二硫键和1个巯基,通过二硫键的交换反应将分子内的二硫键转变为分子间的二硫键从而实现纳米粒的还原响应释放,也可以修饰pH 敏感的化学键实现pH 敏感释放。白蛋白纳米粒的制备中,去溶剂法和自组装应用较广泛,乳化法中有涉及到有机溶剂或者交联剂,存在毒性问题,因此应用较少。另外Nab-TM的技术也较为成熟,但是仍会涉及到有机溶剂。

 

白蛋白是血液循环中的主要蛋白,同时也是许多内源性和外源性物质转运的载体。其结构稳定对pH、温度和有机溶剂都具有较好的耐受性。较好的生物相容性和多种官能团使白蛋白成为理想的载体材料。相对于一些聚合物胶束或复合高分子材料来说,白蛋白不需要合成,来源稳定。基于以上优点白蛋白纳米粒在临床的应用不断增加,如Abraxane是首个FDA 批准的基于白蛋白制备的用于乳腺癌治疗的化疗药物,另外Abraxane 与其他化疗药物的联合应用也在不断探索。随着纳米递送系统研究的不断深入,白蛋白纳米粒在抗肿瘤等治疗中将发挥巨大的作用。

 

参考文献

 

详见 中国药物警戒 17卷第920209


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