納米材料與腫瘤靶向

1、1,靶向給藥與納米技術(shù),報(bào) 告 人： 侍海麗日 期：2012-05-23,2,CONTENTS,前言納米技術(shù)靶向給藥基因治療展望,3,前 言,在21世紀(jì)，癌癥仍然是人類面臨的重大健康問(wèn)題，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，癌癥占總死亡原因也高達(dá)20%，目前癌癥的臨床治療主要是通過(guò)手術(shù)、放療、化療等方法。幸運(yùn)的是，治愈癌癥不是沒(méi)有希望，納米技術(shù)有望在這一方面取得突破．,4,,在納米生物材料研究中，目前研究的熱點(diǎn)和已有較好基礎(chǔ)及做出實(shí)質(zhì)性

2、成果的是納米藥物載體和納米基因治療技術(shù)。 這種技術(shù)是以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)移載體，將藥物、 DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時(shí)也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治療。,前 言,5,納米技術(shù),納米技術(shù)系指在1-1000納米的尺度里，研究物質(zhì)的電子、原子和分子內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的一項(xiàng)嶄新技術(shù)。 物質(zhì)在納米尺度下，顯

3、著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能的藥物，稱為納米藥物。 藥物納米載體是以納米顆粒作為藥物載體，將藥物治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，通過(guò)靶向分子與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向藥物輸送和基因治療。,6,納米藥物優(yōu)勢(shì),研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒由于有足夠小的納米尺寸，從而能夠從高通透性的腫瘤血管中滲出(EPR效應(yīng))，進(jìn)入腫瘤組織，集中在腫瘤周圍。 納米級(jí)藥物

4、載體可以進(jìn)入毛細(xì)血管，在血液循環(huán)系統(tǒng)自由流動(dòng)，還可穿過(guò)細(xì)胞，被組織與細(xì)胞以胞飲的方式吸收，提高生物利用率。 通過(guò)納米技術(shù)開(kāi)發(fā)具有靶向性、多種功能的藥物傳輸體系，有助于實(shí)現(xiàn)腫瘤的靶向治療，并將毒副作用降低到較低的水平。,7,納米藥物的分類,納米乳劑 納米脂質(zhì)體納米粒藥物 固體脂質(zhì)納米粒 納米囊與納米球磁性納米藥物溫度敏感性、pH敏感性、光敏感性納米藥物免疫納米藥物,

5、,8,納米藥物尺度的優(yōu)勢(shì),9,癌癥治療主要手段——化療,缺陷：,用量大，缺乏專一性，對(duì)正常組織毒副作用強(qiáng)易產(chǎn)生多重耐藥性和變態(tài)反應(yīng)藥物外滲引起皮膚或血管腐蝕化療后會(huì)引起惡心、嘔吐和腹瀉；脫發(fā)；腎功能紊亂,10,靶向給藥系統(tǒng)(Targeting Drug Delivery System ,TDDS),藥物 特定靶向區(qū)域,,選擇性濃集定位于,靶器官靶組織靶細(xì)胞細(xì)胞內(nèi),11,靶向給藥優(yōu)勢(shì),定義：在特定的導(dǎo)向機(jī)制作

6、用下，將藥物輸送到特定靶器官，發(fā)揮治療作用組成：藥物+載體+導(dǎo)向 “神奇子彈”優(yōu)勢(shì)：藥劑用量少，毒副作用低；藥效持續(xù)，長(zhǎng)時(shí)間保持靶目標(biāo)的有效藥物濃度,12,靶向制劑,理想的靶向制劑應(yīng)具備的三大要素： 定位濃集、控制釋藥、無(wú)毒可生物降解基本分類：1、被動(dòng)靶向制劑：微粒吞噬（生理特征，RES效應(yīng)）2、主動(dòng)靶向制劑：表面修飾（單抗定位）3、物理化學(xué)靶向：磁性、熱和pH敏感、栓塞性微球等,13,基礎(chǔ)腫

7、瘤生物學(xué)在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,平均每十萬(wàn)個(gè)靜脈注射的單克隆抗體中,只有1-10 個(gè)能到達(dá)靶標(biāo)。在腫瘤成像技術(shù)中造影劑也存在類似的限制。 納米粒子表面具有高度的可修飾性,使用納米粒子靶向輸藥將大大改進(jìn)對(duì)腫瘤及其他疾病的治療手段。,靶向定位能力,14,靶向機(jī)理,被動(dòng)靶向（Passive targeting）主動(dòng)靶向（Active targeting）物理化學(xué)靶向（Physico-chemical targeting）,,15,被動(dòng)靶向

8、 即自然靶向：藥物被載體通過(guò)正常生理過(guò)程運(yùn)送至肝、脾、肺等器官。一般的微粒給藥系統(tǒng)具有被動(dòng)靶向性能。 微粒給藥系統(tǒng)被動(dòng)靶向機(jī)制: 體內(nèi)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES) 中吞噬細(xì)胞,將一定大小的微粒作為異物而攝取,較大的微粒由于不能濾過(guò)毛細(xì)血管床,而被機(jī)械截留于某些部位。,16,根據(jù)微粒大小自然分布： 粒徑：>7um 肺毛細(xì)血管機(jī)械截留 <7um

9、肝脾中單核巨噬細(xì)胞攝取 100-200nm微粒被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)巨噬細(xì)胞攝取 到達(dá)肝枯否細(xì)胞(Kupffer cel1)溶酶體中； 50～100nm微粒進(jìn)入肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞中 < 50nm 透過(guò)肝臟內(nèi)皮細(xì)胞/通過(guò)淋巴傳遞到脾和骨髓中,17,巨噬細(xì)胞吞噬作用,單核-巨噬細(xì)胞對(duì)微粒的吞噬作用決定于 1. 血漿中的某些特定蛋白 ----即調(diào)理素(opsonins) 2.

10、巨噬細(xì)胞上的有關(guān)受體 微粒通過(guò)吸附調(diào)理素，粘附在巨噬細(xì)胞的表面，然后內(nèi)在的生化作用(內(nèi)吞、融合)被巨噬細(xì)胞攝取 。,18,大分子和顆粒進(jìn)入和排出細(xì)胞,胞 飲 吞 噬,19,被動(dòng)靶向制劑的載體： 乳劑 脂質(zhì)體 微球 納米囊 納米粒,,納米球,20,脂質(zhì)體（Liposomes）,脂質(zhì)體是將藥物包封于類脂分子層形成的薄膜內(nèi)所構(gòu)成的超微球狀囊泡,這種具有類似生物膜雙分

11、子層結(jié)構(gòu)的分子囊稱脂質(zhì)體（liposomes）,21,脂質(zhì)體的形成與結(jié)構(gòu) 構(gòu)成脂質(zhì)體雙層的封閉小室： 內(nèi)部---中心水性空間（包含一定體積的水溶液） 周圍被脂質(zhì)雙層包圍而獨(dú)立 外層---脂質(zhì)雙層形成的泡囊,lipid bilayer,,aqueous space,,,,22,水溶性藥物：在中心水性空間或?qū)娱g水性空間 脂溶性藥物：在雙分子層的疏水空間 常見(jiàn)形態(tài)：球形、橢球形等

12、 大?。簬资畁m ~ 幾個(gè)um之間,Hydrophobic drug in lipidbilayer,Hydrophilic drug,,,23,脂質(zhì)體是以磷脂、膽固醇等類脂質(zhì)為膜材，具有類細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，故作為藥物的載體，能被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)吞噬，增加藥物對(duì)淋巴組織的指向性和靶組織的滯留性。 特點(diǎn)： ① 靶向性和淋巴定向性 ②   

13、緩釋性 ③   細(xì)胞親和性與組織相容性 ④   降低藥物毒性 ⑤   保護(hù)藥物提高穩(wěn)定性,24,脂質(zhì)體使抗癌藥物在靶區(qū)具有滯留性 由于腫瘤細(xì)胞中含有比正常細(xì)胞較高濃度的磷酸酶及酰酶、因此將抗癌藥物包制成脂質(zhì)體，不僅由于酶使

14、藥物容易釋出，且可促使藥物中腫瘤細(xì)胞部位特異地蓄積。因此，如將包封于脂質(zhì)體的抗癌藥物直接注入瘤體，能使局部有效的藥物濃度維持較長(zhǎng)的時(shí)間，利于殺癌細(xì)胞。,25,脂質(zhì)體的作用特點(diǎn) 脂質(zhì)體在體內(nèi)細(xì)胞水平上的作用機(jī)制有吸附、脂交換、內(nèi)吞(endocytosis)、融合(fusion)等。,26,a：特異性載藥脂質(zhì)體；b：非特異性載藥脂質(zhì)體；c：在細(xì)胞質(zhì)釋放藥物；d：吸附到細(xì)胞表面，破壞細(xì)胞膜組件，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)釋放藥物；e：

15、與細(xì)胞膜進(jìn)行脂質(zhì)轉(zhuǎn)換，釋放藥物；f：特異性與非特異性胞吞；g：胞吞后，通過(guò)內(nèi)含體進(jìn)入溶酶體釋放藥物；h：胞吞后，內(nèi)含體破裂，釋放藥物,脂質(zhì)體與細(xì)胞的相互作用,脂質(zhì)體與細(xì)胞的相互作用,Torchilin V P . Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2005(4): 145–60.,

16、27,主動(dòng)靶向 通過(guò)改變微粒在體內(nèi)的自然分布而到達(dá)特定靶部位。也即避免巨噬細(xì)胞攝取，防止在肝內(nèi)濃集。 主動(dòng)靶向制劑包括修飾的藥物載體、前體藥物與藥物大分子復(fù)合物三大類制劑。,28,修飾的藥物載體作為“導(dǎo)彈”，將藥物定向地運(yùn)送到靶區(qū)濃集發(fā)揮藥效。 載體可以是受體的配體、單克隆抗體、對(duì)體內(nèi)某些化學(xué)物質(zhì)敏感的高分子物質(zhì)等。,29,用PEG等親水性材料修飾的藥物載體,在普通納米粒表面通過(guò)物理吸附

17、或共價(jià)結(jié)合一層或多層親水性聚合物, 可避開(kāi)巨噬細(xì)胞吞噬,延長(zhǎng)在血液中循環(huán)時(shí)間?？梢越档屯淌桑娱L(zhǎng)滯留時(shí)間,靶向其他組織器官。 隱形(stealth)：是指納米粒在進(jìn)入體循環(huán)后,可以避開(kāi)肝臟等ＲＥＳ系統(tǒng)的攝取,而轉(zhuǎn)運(yùn)到體循環(huán)中長(zhǎng)時(shí)間存在或轉(zhuǎn)運(yùn)至其它組織或器官。 避開(kāi)巨噬細(xì)胞吞噬 “隱形”納米粒（stealthnanoparticles）,30,某些細(xì)胞表面有特異受體，可將對(duì)受體有強(qiáng)親

18、和力特異性配體與微粒表面結(jié)合，使微粒導(dǎo)向特定細(xì)胞，從而改變微粒的分布。 這類配體包括： ---多糖、外源凝聚素和半抗原等。,結(jié)合細(xì)胞特異性配體,31,例：葉酸受體介導(dǎo)主動(dòng)靶向,大多數(shù)腫瘤細(xì)胞表面的葉酸受體數(shù)目和活性明顯高于正常細(xì)胞. 葉酸：靶向腫瘤細(xì)胞的抗腫瘤藥物的載體。,32,藥物組成,,33,作用機(jī)制,34,例：低密度脂蛋白(LDL)---抗癌藥物靶向新載體,LDL是存在于哺乳動(dòng)物血漿中

19、的脂蛋白，LDL受體活性及數(shù)量在一些癌細(xì)胞中高出正常細(xì)胞20 倍以上?？勺鳛橐环N特異性受體載體及抗癌藥物靶向新載體, 將藥物釋放到靶細(xì)胞。特點(diǎn)：LDL是內(nèi)源性脂蛋白, 可避免在體循環(huán)中被迅速清除可克服一般載體靶向性差、不良反應(yīng)大,35,單克隆抗體免疫微粒 ：結(jié)合單克隆抗體(MCAb)后，可使微粒對(duì)細(xì)胞表面的抗原決定簇有靶向作用。 如用抗T淋巴細(xì)胞的MCAb共價(jià)結(jié)合到聚甲基丙烯酸酯納米球上，再與血單核細(xì)胞溫育，發(fā)現(xiàn)可與T

20、淋巴細(xì)胞結(jié)合，所有對(duì)照組均為陰性。,結(jié)合細(xì)胞特異性抗體,36,將活性藥物衍生成藥理惰性物質(zhì)，在靶部位經(jīng)降解成活性母體藥物后發(fā)揮作用 前藥再生成母體藥物的基本條件：靶部位有足夠量的酶，能產(chǎn)生足夠量活性物質(zhì)前藥能與藥物受體充分接近產(chǎn)生的活性藥物能在靶部位滯留,前體藥物,37,例：抗癌藥前體藥物： 癌細(xì)胞比正常細(xì)胞含較高濃度的磷酸酯酶和酰胺酶 ---可將藥物制成磷酸酯或酰胺類前藥,38,應(yīng)用一些特殊的

21、物理化學(xué)方法如溫度、pH或磁場(chǎng)等外力作用將微粒導(dǎo)向特定部位。 磁導(dǎo)向制劑 熱敏制劑 PH敏感制劑 栓塞制劑,物理化學(xué)靶向,39,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。,磁導(dǎo)向,40,優(yōu)點(diǎn)：具有無(wú)創(chuàng)或微創(chuàng)、靶向性強(qiáng)、生物相容性好、治療效果好。將納米磁性材料的熱效應(yīng)與藥物靶向傳導(dǎo)控

22、釋相結(jié)合，局部升溫后可提高癌變組織管壁通透性，增強(qiáng)藥物的吸收。應(yīng)用：可用于疾病診斷和治療中的多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)癌癥的早期診斷與治療有著重要的意義,磁性納米材料應(yīng)用前景,41,利用腫瘤間質(zhì)液PH值比周圍正常組織顯著低的特點(diǎn)設(shè)計(jì)。采用PH敏感類脂為類脂質(zhì)膜，在低PH環(huán)境中結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致加速釋藥； 如：N-十六酰-L-高半胱氨酸（PHC） PH不同，該類脂存在兩種平衡構(gòu)型： PH降低時(shí)，形成閉合的環(huán)式，破壞了脂質(zhì)

23、雙分子層的穩(wěn)定性，膜通透性增加，藥物釋放,PH敏感靶向制劑,42,基因治療,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 。 納米顆粒基因載體是一種無(wú)毒、高效、能穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的非病毒載體，將DNA、RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時(shí)也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，如特異性配體、單克隆抗體等，通過(guò)靶向分子與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性基

24、因治療。,43,優(yōu)點(diǎn)： 緩釋 靶向輸送 保護(hù)核苷酸 毒性小分類： 脂質(zhì)體基因載體 樹狀多聚體的基因載體,納米基因載體,44,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(guò)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,納米技術(shù)----腫瘤治療,45,以avβ3 整合蛋白為靶向的基因納米材料(a): av

25、β 3-NP/RAF(-)表達(dá)的ATPu-RAF與avβ3整合蛋白結(jié)合;(b):內(nèi)皮細(xì)胞凋亡(c): 腫瘤細(xì)胞壞死.,納米脂質(zhì)體基因載體,納米技術(shù)----腫瘤治療,46,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(lái)，實(shí)現(xiàn)基因的整合。,納米基因載體 2:樹突狀物的多聚體,PAMAM,納米技術(shù)----腫瘤治療,47,樹枝狀大分子是

26、由重復(fù)增長(zhǎng)反應(yīng)合成而來(lái)的，高度支化且結(jié)構(gòu)精確的分子。每一個(gè)重復(fù)循環(huán)反應(yīng)增加一個(gè)支化層，叫做“代”。它包括主結(jié)構(gòu)（內(nèi)核，支化單元，外圍基團(tuán)）及微環(huán)境（空腔）。,48,樹枝狀大分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：　　 精確的分子結(jié)構(gòu)； 　　 高度的幾何對(duì)稱性； 　　 外圍大量的官能團(tuán)； 　　 分子內(nèi)存在空腔； 　　 分子量可控； 　　 分子本身具有納米尺寸。 樹枝狀大分子的性

27、能特點(diǎn)：　　 良好的溶解和混合分散性； 　　 黏度隨分子量的增加出現(xiàn)最大值； 　　 單分散性,49,特殊的空腔結(jié)構(gòu)有利于藥物的負(fù)載，可以根據(jù)包裹藥物分子的大小，調(diào)控球腔的大小以便能夠包裹藥物分子 改變官能團(tuán)的性質(zhì)可以控制攜帶不同類型的藥物分子 表面層上的官能團(tuán)可以連接抗體或基因物質(zhì)，適合定向藥物運(yùn)輸 樹枝狀聚合物容易被細(xì)胞膜吞噬，適合用于基因療法。,樹枝狀大分子作為