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纳米粒子:治疗癌症的合适药物输送系统

Poonam Jaggi1哈希特·乔希2和贾格米特·辛格3.

1印度新德里,诺伊达,阿米提大学生物技术系

2印度印多尔(中央邦)Smriti药学教育学院药剂学系

3.印度贾朗达尔可爱职业大学生物技术系

*通讯作者:
Poonam Jaggi
印度新德里诺伊达阿密提大学生物技术系
电子邮件: (电子邮件保护)

收到日期:02/09/2016;接受日期:05/09/2016;发表日期:12/09/2016

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摘要

纳米技术在药物输送中的应用将迅速扩大。目前,许多用于癌症治疗的药物输送系统正在研究中。一般来说,癌症是一种以癌细胞不受控制的生长和增殖为特征的疾病。尽管传统疗法提高了患者的生存率,但它们也有许多缺点。例如,传统的癌症化疗具有在人体不同组织中非特异性分布的治疗剂,从而影响癌细胞和正常细胞。这种药物对正常细胞、组织和器官的非特异性分布导致了过度的毒性;从而引起脱发、虚弱、器官功能障碍等多种药物不良反应,使癌症患者生活质量下降。制药科学正在使用纳米颗粒来降低药物的毒性和副作用。近年来,研究表明纳米科学和纳米技术领域的研究和应用有了显著的增长。有一些有希望的结果表明,纳米技术应用于医学和药物输送,可以在癌症的诊断和治疗方面取得重大进展

关键字

纳米颗粒;癌细胞;药物输送;癌症

简介

纳米颗粒可以定义为亚微米(即小于1微米)的胶体系统,通常由可生物降解或不可生物降解的聚合物制成。根据纳米粒子的制备方法,可以制备纳米球或纳米胶囊。纳米球是一种基质体系,其中药物分散在整个粒子中[1-4].而纳米胶囊是基于储层的囊泡系统,其中药物被限制在水腔或油腔中,腔内通常由聚合物制成的膜包围[5].

如果设计和优化得当,纳米颗粒可以作为载体将药物输送到靶向肿瘤部位。在肿瘤水平上,药物积累的机制是通过被动扩散和通过漏出的、高渗透性的肿瘤血管进行的[6].针对特定网站的定位也可以通过主动定位来实现[7].控制药物的释放也可以通过控制纳米颗粒的结构,所使用的聚合物,以及与载体的结合来实现。

纳米颗粒用于肿瘤组织的靶向和递送

传统的纳米粒子

药物与常规载体系统的结合导致了药物生物分布的改变,因为它主要被携带到包括肝脏、脾脏、肺和骨髓在内的单核吞噬细胞系统。一旦纳米颗粒进入血液,传统的纳米颗粒,即表面未修饰的纳米颗粒就会进行调理,并被单核吞噬细胞系统器官的固定巨噬细胞大量清除[8].这在小鼠体内得到了说明,阿霉素掺入聚(异己基氰基丙烯酸酯)纳米球。与给予游离阿霉素的小鼠相比,在肝脏、脾脏和肺部发现细胞毒性药物阿霉素的浓度增加[9].以类似的方式,当抗癌药物放线菌素D被吸附在聚氰基丙烯酸甲酯纳米球上时,高浓度主要出现在大鼠的肺部[10].然而,当放线菌素D与可生物降解速度较慢的聚氰基丙烯酸甲酯纳米球结合时,药物主要在大鼠小肠中积累。同样地,当长春碱被纳入相同的聚(氰基丙烯酸乙酯)纳米球时,大鼠脾脏中的药物浓度较高[11].

因此,相关药物(药物的物理化学性质,在纳米球中的定位,无论它是吸附还是合并)以及聚合物组成(聚合物类型,亲疏水;纳米颗粒的生物降解谱)对网状内皮器官中的药物分布谱有巨大的影响[11].然而,准确的主要机制尚不完全清楚,但可以看到,这一结果是迅速的(0.5或3小时内),并发现与内吞作用相容[11].

单核吞噬细胞系统巨噬细胞的内吞/吞噬倾向为使用传统纳米颗粒有效地向这些细胞输送治疗药物提供了机会。这种生物分布的改变对单核吞噬细胞系统受限肿瘤的化疗治疗具有重要意义。例如,源于消化道的肝癌或肝转移或支气管肺肿瘤(原发肿瘤或转移)和妇科癌症,以及“非小细胞肿瘤”和“小细胞肿瘤”,骨髓瘤和白血病。当使用传统的纳米颗粒作为化疗药物的载体时,可以预期对Kupffer细胞或其他靶向巨噬细胞具有一定程度的细胞毒性,因为所使用的化疗药物能够诱导这些细胞的凋亡[1213].频繁给药(给药间隔少于2周,即库普伐细胞恢复期)的治疗可能导致库普伐细胞缺乏,进而导致肝脏摄取减少,从而导致药物对肝脏肿瘤的治疗效果下降。此外,也不能排除菌血症的可能风险[12-14].

除此之外,常规的载体也以骨髓为目标,这对于大多数化疗药物来说已经是一个重要但非常不利的作用部位。因此,这种载体的化疗可能会提高骨髓抑制作用。传统的纳米颗粒在作用于正常组织时,比免费的化疗药物具有更好的安全性。例如,心脏药物积累减少[14],除丝裂霉素C和法柔比星的遗传毒性外[15-55也有关系。

长期纳米颗粒。

由于传统纳米颗粒的有效性受到静脉注射给药后它们被单核吞噬细胞系统的巨噬细胞广泛捕获的限制,必须考虑其他纳米颗粒机制来靶向肿瘤,这些肿瘤不局限于单核吞噬细胞系统区域。大量的研究致力于开发隐形纳米颗粒,这种纳米颗粒不会被巨噬细胞发现[16].隐形纳米颗粒的特点是在血腔中的半衰期延长[171856-59].这使得隐形纳米颗粒可以选择性地扩散到病理部位,比如血管渗漏和高渗透性的肿瘤。因此,这种长循环的纳米颗粒被认为能够直接靶向位于单核吞噬细胞系统区域之外的大多数肿瘤。

胶体载体的大小及其表面特征对于纳米颗粒的生物命运至关重要,因为这些参数可以避免它们被单核吞噬细胞系统的巨噬细胞摄取。为了减少调理反应和巨噬细胞的清除,需要高曲率(导致小尺寸:小于100nm)和/或亲水表面。纳米颗粒领域研究的一个关键突破在于使用亲水聚合物、聚乙二醇、polo胺、聚氧胺和多糖等辅料,在传统纳米颗粒表面进行巧妙的包裹[19].来自这些赋形剂的涂层在纳米颗粒的颗粒表面提供了亲水和中性链的动态云,从而排斥血浆蛋白。亲水聚合物可以通过两种方式附着在表面,一种是通过吸附表面活性剂,另一种是通过引入嵌段或支链共聚物。用表面活性剂包裹传统的纳米颗粒以获得长循环的载体,是引导肿瘤靶向的第一个策略在活的有机体内60-65].

第二种方法由两亲性共聚物共价连接组成,通常用于在纳米颗粒上获得保护性亲水云,因为它避免了稀释或随后与血液成分接触时涂层快速解吸的可能性。雷竞技网页版该方法已用于聚乳酸(PLA)、聚己内酯和聚氰基丙烯酸酯聚合物,这些聚合物在化学上与聚乙二醇有关[20.- - - - - -226667].虽然这些共聚物直到现在还没有作为纳米颗粒用于癌症化疗,但这种类型的结构有可能被广泛研究。

另一个重要的方法是在光动力疗法(PDT)中,用长循环的药物载体靶向肿瘤,然后照射肿瘤部位[2368-72].

局部给药:皮下或瘤内给药

水溶性分子可迅速穿过毛细血管壁被吸收并进入循环,而局部给药的小颗粒则渗入给药部位周围的间质空间,并被淋巴毛细血管缓慢吸收进入淋巴系统[242573-75].因此,皮下注射或局部注射纳米颗粒(在肿瘤周围区域)可用于淋巴靶向,即作为一种针对淋巴癌或转移的化疗手段。例如,将吸附在活性炭颗粒上的化疗药物阿柔比星皮下注射给小鼠后,对小鼠淋巴结转移模型(P388白血病细胞)进行了分析[267677].同样的系统也用于瘤内和瘤周注射后的受试者,作为乳腺癌的局部区域化疗辅助剂[26].在两种给药方法中,该载体系统显示选择性地将高水平的游离阿霉素分配到区域淋巴系统,而将低水平的游离阿霉素分配到身体其他部位[262778-80].

无机纳米粒子

近年来,无机纳米颗粒被发现与生物系统相互作用,引起了生物学和医学的广泛关注。这种纳米颗粒被认为有潜力作为新型血管内探针用于诊断和治疗目的。成功的基于纳米颗粒的药物输送系统的重要问题包括靶向特定类型的组织和细胞类型的能力,以及从生物颗粒过滤器(RES)中逃逸的能力。

在无机材料中,磁铁矿在癌症治疗和诊断方面的探索最为广泛[28-3981-84].磁铁矿纳米颗粒直接或分散在聚合物基质中作为芯。它们主要用于癌症的热疗[3885-90],在某些情况下,用于磁场辅助靶向纳米颗粒。近年来,无机纳米颗粒被发现与生物系统相互作用,引起了生物学和医学的广泛关注。这种纳米颗粒被认为有潜力作为新型血管内探针用于诊断和治疗目的。成功的基于纳米颗粒的药物输送系统的重要问题包括靶向特定类型的组织和细胞类型的能力,以及从生物颗粒过滤器(RES)中逃逸的能力。

在无机材料中,磁铁矿在癌症治疗和诊断方面的探索最为广泛[28-39].磁铁矿纳米颗粒直接或分散在聚合物基质中作为芯。它们主要用于癌症的热疗[3891],在某些情况下,用于磁场辅助靶向纳米颗粒。为了诊断目的,磁铁矿纳米颗粒被用于磁共振成像(MRI)作为对比增强剂,用于癌症诊断、靶向分子成像(TMI)、灌注区可视化(HRV)、T细胞治疗中的细胞标记,以及用于检测血管生成、凋亡和基因表达。聚乙二醇或氧化淀粉作为亲水表面改性剂,抗体,fitc标记的Tat肽[33-3592-94]或Annexin-V蛋白作为特异性靶向剂,叶酸或转铁蛋白作为肿瘤细胞过表达受体的配体被用作表面分子。

脂质体和脂质纳米颗粒

各种各样的药物载体已被研究作为一种手段,提高药物的治疗效果。在这些药物载体中,脂质体作为靶向组织的药物传递选择已被广泛研究。脂质体基本上是无毒的,可生物降解的,以及无抗原性,因为它们是两亲性磷脂的组装,如磷脂酰胆碱,磷脂酰丝氨酸等,是生物膜的组成部分之一。许多科学家报告说,某些药物,包括抗肿瘤和抗菌药物,被包裹在脂质体腔内可改变其生物分布及其药代动力学[40-4295-96];这些药物已经显示出明显更大的治疗优势。

此外,有人尝试将抗体和配体依次引入脂质体表面,通过提高靶向效率来提高纳入脂质体的药物的治疗效果[42-459798].

这些脂质体药物的典型代表是Maruyama等人研制的免疫隐身脂质体,设计了一种新型的长循环免疫脂质体[46],即抗体附着在聚乙二醇末端的peg -免疫脂质体。无界PEG(不与抗体结合)的存在不会干扰末端连接抗体与抗原的结合。这种类型的免疫脂质体表现出比正常的免疫脂质体更好的靶向传递到肺内皮细胞和实体肿瘤组织的靶向器官。这是因为游离PEG链有效地避免了脂质体对RES的摄取;这导致血药浓度增加和免疫脂质体靶结合增强。

脂质乳剂也被认为是一种很有前途的靶向组织药物输送系统[47-49].乳液基本上是两种或两种以上不混溶液体(亲水和疏水)的非均匀混合物,乳化剂或表面活性剂用于稳定分散的液滴。它们具有良好的生物相容性、生物降解性、物理稳定性和易于大规模生产等优点。除此之外,由于它们的结构特征,它们还可以包括亲水、疏水和两亲药物。许多研究人员已经揭示了脂质乳剂作为肠外药物输送系统的有效性[50-5299].例如,Kurihara等人证明,脂质乳剂可作为可注射的载体,有效地实现亲脂性棕榈酰根毒素的肿瘤递送[5099One hundred.].

结论

纳米颗粒作为药物传递系统的发展被认为对化疗的临床方法有巨大的影响。特异性靶向纳米颗粒的能力与治疗活性剂的可控递送一起,为治疗癌症提供了一种强大的新方法。基于癌症生物学和肿瘤微环境的先进知识,合理设计和优化纳米颗粒,可以获得更好的疗效。此外,纳米颗粒能够绕过RES,能够携带显像剂和递送多种药物,目前正在开发用于改进癌症的检测、诊断和治疗。纳米技术在癌症中的应用已经产生了一些令人振奋的结果,并为未来的癌症患者带来了更大的希望。

参考文献

全球科技峰会