納米材料與腫瘤靶向

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

2、成果的是納米藥物載體和納米基因治療技術。 這種技術是以納米顆粒作為藥物和基因轉移載體，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，同時也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，在細胞攝取作用下進入細胞內，實現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治療。,前 言,5,納米技術,納米技術系指在1-1000納米的尺度里，研究物質的電子、原子和分子內的運動規(guī)律和特性的一項嶄新技術。 物質在納米尺度下，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，通過靶向分子與細胞表面特異性受體結合，在細胞攝取作用下進入細胞內，實現(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,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)，進入腫瘤組織，集中在腫瘤周圍。 納米級藥物

4、載體可以進入毛細血管，在血液循環(huán)系統(tǒng)自由流動，還可穿過細胞，被組織與細胞以胞飲的方式吸收，提高生物利用率。 通過納米技術開發(fā)具有靶向性、多種功能的藥物傳輸體系，有助于實現(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 納米脂質體納米粒藥物 固體脂質納米粒 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,9,癌癥治療主要手段——化療,缺陷：,用量大，缺乏專一性，對正常組織毒副作用強易產(chǎn)生多重耐藥性和變態(tài)反應藥物外滲引起皮膚或血管腐蝕化療后會引起惡心、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,靶器官靶組織靶細胞細胞內,11,靶向給藥優(yōu)勢,定義：在特定的導向機制作

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+導向 “神奇子彈”優(yōu)勢：藥劑用量少，毒副作用低；藥效持續(xù)，長時間保持靶目標的有效藥物濃度,12,靶向制劑,理想的靶向制劑應具備的三大要素： 定位濃集、控制釋藥、無毒可生物降解基本分類：1、被動靶向制劑：微粒吞噬（生理特征，RES效應）2、主動靶向制劑：表面修飾（單抗定位）3、物理化學靶向：磁性、熱和pH敏感、栓塞性微球等,13,基礎腫

7、瘤生物學在體內實驗中,平均每十萬個靜脈注射的單克隆抗體中,只有1-10 個能到達靶標。在腫瘤成像技術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對腫瘤及其他疾病的治療手段。,靶向定位能力,14,靶向機理,被動靶向（Passive targeting）主動靶向（Active targeting）物理化學靶向（Physico-chemical targeting）,,15,被動靶向

8、 即自然靶向：藥物被載體通過正常生理過程運送至肝、脾、肺等器官。一般的微粒給藥系統(tǒng)具有被動靶向性能。 微粒給藥系統(tǒng)被動靶向機制: 體內網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)(RES) 中吞噬細胞,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毛細血管床,而被機械截留于某些部位。,16,根據(jù)微粒大小自然分布： 粒徑：>7um 肺毛細血管機械截留 <7um

9、肝脾中單核巨噬細胞攝取 100-200nm微粒被網(wǎng)狀內皮系統(tǒng)巨噬細胞攝取 到達肝枯否細胞(Kupffer cel1)溶酶體中； 50～100nm微粒進入肝實質細胞中 < 50nm 透過肝臟內皮細胞/通過淋巴傳遞到脾和骨髓中,17,巨噬細胞吞噬作用,單核-巨噬細胞對微粒的吞噬作用決定于 1. 血漿中的某些特定蛋白 ----即調理素(opsonins) 2.

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

11、子層結構的分子囊稱脂質體（liposomes）,21,脂質體的形成與結構 構成脂質體雙層的封閉小室： 內部---中心水性空間（包含一定體積的水溶液） 周圍被脂質雙層包圍而獨立 外層---脂質雙層形成的泡囊,lipid bilayer,,aqueous space,,,,22,水溶性藥物：在中心水性空間或層間水性空間 脂溶性藥物：在雙分子層的疏水空間 常見形態(tài)：球形、橢球形等

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

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

14、藥物容易釋出，且可促使藥物中腫瘤細胞部位特異地蓄積。因此，如將包封于脂質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的時間，利于殺癌細胞。,25,脂質體的作用特點 脂質體在體內細胞水平上的作用機制有吸附、脂交換、內吞(endocytosis)、融合(fusion)等。,26,a：特異性載藥脂質體；b：非特異性載藥脂質體；c：在細胞質釋放藥物；d：吸附到細胞表面，破壞細胞膜組件，進入細胞內釋放藥物；e：

15、與細胞膜進行脂質轉換，釋放藥物；f：特異性與非特異性胞吞；g：胞吞后，通過內含體進入溶酶體釋放藥物；h：胞吞后，內含體破裂，釋放藥物,脂質體與細胞的相互作用,脂質體與細胞的相互作用,Torchilin V P . Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2005(4): 145–60.,

16、27,主動靶向 通過改變微粒在體內的自然分布而到達特定靶部位。也即避免巨噬細胞攝取，防止在肝內濃集。 主動靶向制劑包括修飾的藥物載體、前體藥物與藥物大分子復合物三大類制劑。,28,修飾的藥物載體作為“導彈”，將藥物定向地運送到靶區(qū)濃集發(fā)揮藥效。 載體可以是受體的配體、單克隆抗體、對體內某些化學物質敏感的高分子物質等。,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物理吸附

17、或共價結合一層或多層親水性聚合物, 可避開巨噬細胞吞噬,延長在血液中循環(huán)時間?？梢越档屯淌桑娱L滯留時間,靶向其他組織器官。 隱形(stealth)：是指納米粒在進入體循環(huán)后,可以避開肝臟等ＲＥＳ系統(tǒng)的攝取,而轉運到體循環(huán)中長時間存在或轉運至其它組織或器官。 避開巨噬細胞吞噬 “隱形”納米粒（stealthnanoparticles）,30,某些細胞表面有特異受體，可將對受體有強親

18、和力特異性配體與微粒表面結合，使微粒導向特定細胞，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。,結合細胞特異性配體,31,例：葉酸受體介導主動靶向,大多數(shù)腫瘤細胞表面的葉酸受體數(shù)目和活性明顯高于正常細胞. 葉酸：靶向腫瘤細胞的抗腫瘤藥物的載體。,32,藥物組成,,33,作用機制,34,例：低密度脂蛋白(LDL)---抗癌藥物靶向新載體,LDL是存在于哺乳動物血漿中

19、的脂蛋白，LDL受體活性及數(shù)量在一些癌細胞中高出正常細胞20 倍以上。可作為一種特異性受體載體及抗癌藥物靶向新載體, 將藥物釋放到靶細胞。特點：LDL是內源性脂蛋白, 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、不良反應大,35,單克隆抗體免疫微粒 ：結合單克隆抗體(MCAb)后，可使微粒對細胞表面的抗原決定簇有靶向作用。 如用抗T淋巴細胞的MCAb共價結合到聚甲基丙烯酸酯納米球上，再與血單核細胞溫育，發(fā)現(xiàn)可與T

20、淋巴細胞結合，所有對照組均為陰性。,結合細胞特異性抗體,36,將活性藥物衍生成藥理惰性物質，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： 癌細胞比正常細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,應用一些特殊的

21、物理化學方法如溫度、pH或磁場等外力作用將微粒導向特定部位。 磁導向制劑 熱敏制劑 PH敏感制劑 栓塞制劑,物理化學靶向,39,利用藥物載體的磁性特點，在外加磁場的作用下，磁性納米載體將富集在病變部位，進行靶向給藥。,磁導向,40,優(yōu)點：具有無創(chuàng)或微創(chuàng)、靶向性強、生物相容性好、治療效果好。將納米磁性材料的熱效應與藥物靶向傳導控

22、釋相結合，局部升溫后可提高癌變組織管壁通透性，增強藥物的吸收。應用：可用于疾病診斷和治療中的多個環(huán)節(jié)，對癌癥的早期診斷與治療有著重要的意義,磁性納米材料應用前景,41,利用腫瘤間質液PH值比周圍正常組織顯著低的特點設計。采用PH敏感類脂為類脂質膜，在低PH環(huán)境中結構改變導致加速釋藥； 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型： PH降低時，形成閉合的環(huán)式，破壞了脂質

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、轉染效率高的基因載體，臨床效果不是很理想 。 納米顆?；蜉d體是一種無毒、高效、能穩(wěn)定轉染的非病毒載體，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，通過靶向分子與細胞表面特異性受體結合，在細胞攝取作用下進入細胞內，實現(xiàn)安全有效的靶向性基

24、因治療。,43,優(yōu)點： 緩釋 靶向輸送 保護核苷酸 毒性小分類： 脂質體基因載體 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，形成納米載體與質粒DNA的復合物。通過其表面陽離子與細胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用進入細胞質，實現(xiàn)基因治療。,納米陽離子脂質體,納米基因載體 1: 納米脂質體基因載體,納米技術----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(-)表達的ATPu-RAF與avβ3整合蛋白結合;(b):內皮細胞凋亡(c): 腫瘤細胞壞死.,納米脂質體基因載體,納米技術----腫瘤治療,46,美國密西根州大學James等研制的對聚酰胺-胺型 (PAMAM)樹突狀聚合物。裝載了DNA的樹突狀聚合體注入組織，內吞作用的方式進入細胞，DNA分子釋放出來，實現(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----腫瘤治療,47,樹枝狀大分子是

26、由重復增長反應合成而來的，高度支化且結構精確的分子。每一個重復循環(huán)反應增加一個支化層，叫做“代”。它包括主結構（內核，支化單元，外圍基團）及微環(huán)境（空腔）。,48,樹枝狀大分子的結構特點：　　 精確的分子結構； 　　 高度的幾何對稱性； 　　 外圍大量的官能團； 　　 分子內存在空腔； 　　 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：　　 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,特殊的空腔結構有利于藥物的負載，可以根據(jù)包裹藥物分子的大小，調控球腔的大小以便能夠包裹藥物分子 改變官能團的性質可以控制攜帶不同類型的藥物分子 表面層上的官能團可以連接抗體或基因物質，適合定向藥物運輸 樹枝狀聚合物容易被細胞膜吞噬，適合用于基因療法。,樹枝狀大分子作為