稳定Bioreducible药物输送系统:Non-Simplistic视图

Bioreducible链接已越来越多地应用于药物和基因传递系统结合,稳定和促进生物降解和氧化还原引发货物释放(1- - - - - -3]。虽然二硫键是使用最广泛的,其他bioreducible化学联系也被报道。许多bioreducible药物输送系统(BRDDSs)设计的假设下可约联系在细胞外环境中是稳定的,只有减少细胞内由于自然发生的额外的和细胞内的氧化还原环境的区别。2 - 20浓度的降低细胞内的代理(μM)和细胞外环境(1 - 10毫米)发现在文献[4)通常引用未经仔细测量特定的生物环境或细胞的氧化还原状态,正在接受调查。直到最近,BRDDS在各种生物环境的稳定性得到了更多的关注。这其中的部分原因是,成功往往是匆忙宣布当积极成果(如增强基因转移或杀死癌细胞)实现使用可约联系而详细的机制仍然是难以捉摸的。

早期的证据二硫来自研究减少细胞外环境抗毒素血液循环的稳定在80年代和90年代5- - - - - -7]。设计有针对性的抗肿瘤药物,这些抗毒素是由连接识别肿瘤表面抗原的单克隆抗体细胞毒素通过二硫键(5,6]。发现抗毒素准备使用一个不受阻碍的二硫键不稳定,因为它被认为在循环半衰期只有~ 8 h (5,6]。这些观察应该提高关注BRDDS稳定在其他更多的减少细胞外环境。

除了抗体药物配合(ADC),可还原的联系也被广泛应用于核酸交付系统(NDS) [1]。细胞外的证据还原二硫键的NDS出现了很久以后,部分原因是更有挑战性的研究可约的命运联系在一个复杂的大分子通常构成NDS。我们的集团是最早报道细胞外的机械细节还原二硫键的PEG-polylysine基于DNA纳米粒子DNA (NPs)在癌症细胞培养(8]。我们发现取代non-reducible硫醚键和二硫键导致显著增强基因转移以及细胞吸收,表明一种细胞外的机制。这种细胞外机制可以被细胞不透水二硫化合物,5、5 ' -dithiobis (2-nitrobenzoic酸)(DTNB),表明这是硫醇相关。仔细测量条件媒体显示分泌硫醇可能高达180μM海拉细胞,导致细胞外dePEGylation和聚合的DNA NPs在一小时内。最近,Brulisauer等人获得定量信息的位置和bioreduction体外动力学(9]。使用一个动态disulfide-containing探针的PAMAM树形分子接枝与硼dipyrromethene (BODIPY)荧光团不受阻碍地通过一个二硫键。释放的共轭BODIPY bioreduction dequenched荧光,从而使定量分析。更有趣的是,一个动态分区源自pH-dependent平衡之间的疏水BODIPY亲水聚合物和表面疏水核心同时观察和用于研究溶剂暴露并埋葬的bioreduction二硫键。他们发现bioreduction这个动态调查的发生在很大程度上(如果不是全部)在细胞外空间。细胞表面氧化还原酶强烈暗示在这个过程。此外,他们表明,当DNA包裹着树形分子探针,与细胞表面蛋白质二硫键的相互作用是保护和细胞外的小分子的还原剂成为主要bioreducing代理。这些发现强烈建议bioreduction BRDDS不是选择性的细胞内的过程。

策略来稳定二硫键也第一次从ADC的发展。他们主要依靠引入位阻碳原子相邻二硫键。通过添加越来越多的甲基4数量级的增加稳定的二硫在ADC实现(10]。发现中间的共轭双硫键稳定显示最佳效果。相同的策略最近也被应用稳定的二硫键的聚合物骨干保利(氨基胺)基于s NDS [11]。有趣的是,它还与中间NDS二硫稳定,表现出最好的基因转移效率。除了甲基,芳环也被引入了使用交联剂如4-succinimidyloxycarbonyl-α-methyl-α(2-pyridyldithio)甲苯(SMPT) [5,8]。

最近,Gauthier二硫化和同事取得了更复杂的操纵稳定肽结合与改变静电位阻策略微环境在二硫键(12]。他们发现,阳离子周围残留二硫键加速其减少创建本地带负电荷的积累减少代理如谷胱甘肽的硫醇盐形式。

除了标准的单一的二硫键,双二硫键最近被用于稳定为基础的聚合物可约NDS [13]。双二硫键,使用最小cysteine-arginine-cysteine (CRC)主题,第一次被描述为一个有效和直接的方法来控制二硫化削在合成肽(14]。在最近的研究中,介绍了CRC图案由solid-supported模块化聚合物合成化学旨在开发序列和topologydefined寡聚物的基因传递(13]。尽管尚不清楚这种设计是否真的受益于独特的正交二硫化CRC图案的配对能力(14),添加双二硫稳定NDS (13]。这项研究的未来方向指向使用精确制造的合成聚合物和定义的序列和结构开发更高效的二重唱。

另一个最近出现了二硫化re-bridging方法开发主要为蛋白质改性值得一提的是这里。使用bis-sulfone或dithiomaleimide交联剂的溶剂可及二硫键的蛋白质或肽可以裂解和re-bridged导致功能的附件或保护一部分蛋白质的最小扰动和修改(15- - - - - -17]。有趣的是,re-bridged硫醚键的共轭比二硫键,但可以更稳定裂解与高浓度的还原剂(1 - 10毫米谷胱甘肽)在数小时内15,17使它更不稳定比传统maleimide-thiol加合物的硫醚键(18]。这种方法最近被用来准备结构精确研究轭合物,在生理条件下稳定但高效裂解肿瘤相关的谷胱甘肽水平(10毫米)17),因此代表了一个通用的方法来抗肿瘤BRDDS的发展。

而稳定的可还原的链接可以防止过早bioreduction,最终目标是目标触发释放货物。这不仅强调了微调可约的稳定联系的重要性,但也需要详细了解氧化还原环境的整个交付路线。全面讨论这个话题,读者被称为最近评论(7]。只有少数点会在这里。首先,充足的证据表明,额外的和细胞内氧化还原环境可以有很大区别在不同的细胞类型(7- - - - - -9]。因此,仔细探索每个细胞的氧化还原状态类型是强烈推荐。第二,在细胞外环境和细胞质之间,bioreduction的程度的内吞作用的环境就更不清楚了7]。尽管γ干扰素诱导的溶酶体硫醇还原酶(镀金)有可能调解二硫交换(3,7),内吞作用的隔间的酸化会减缓这个过程由于质子化作用的活性硫醇盐。一个简单的结论是很难从看似矛盾的报道。似乎BRDDSs的属性、细胞类型和不同的内吞作用的通路都能影响可约的命运联系的内吞作用的环境。最后,体内的生物环境BRDDS将暴露也需要仔细检查。除了大量的减少代理和氧化还原酶,pH值也能影响BRDDS的稳定性。最近的一项研究利用胃小肠的pH值变化,取得目标复原的聚乙二醇前体药物(19]。溶解度的药物被接合挂钩通过增强保持稳定的二硫键胃由于低博士快速复原在小肠pH值增加流行性流感减毒活疫苗是通过还原剂防治(安全的膳食补充剂)。

总之,现在很清楚,可约联系BRDDSs容易氧化还原隔间乳沟。仔细评估BRDDS的稳定性是重要的实现精确和控制药物释放。这包括设计合理BRDDS和氧化还原环境的仔细检查。可约链接的稳定性可以通过操纵空间位阻和静电微环境调整。什么不是上面提到的位置和密度可还原的链接可能会影响他们的溶剂可访问性和BRDDS的稳定性。至于氧化还原环境,体内细胞类型差异和生理环境需要仔细检查。这些因素很重要,不仅对于BRDDS设计,而且对正确解读科学数据。bioreduction进程的加深理解和最近出现的新工具,BRDDS将越来越用作通用交付平台。

引用

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