纳米粒子在药物载体中的应用

纳米粒子在药物载体的研究进展摘要：:纳米粒子作为一种新型的药物载体,由于它的超微小体积,能穿过组织间隙并被细胞吸收,通过人体最细的毛细血管,还可透过血脑屏障,显现出极大的潜力并被广泛研究,具有广阔的发展前景。本文从不同分类的纳米粒子着手，综述其在药物载体中的应用.关键词：纳米粒子、药物载体、控制释放纳米粒子(nanoparticle)也叫超微粒子，尺寸在1—1000nm之间，通常由天然或合成高分子材料制成，目前无机材料也研究得比较多。主要通过静电吸附、共价连接将药物结合在其表面，或者直接将药物分子包裹在其中，然后通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向药物输送和基因治疗。纳米控释系统作为独特的药物新剂型得到越来越广泛的关注。本文通过从不同类别的纳米粒子着手综述对其在药物载体中的应用。1、有机纳米粒纳米粒使用的载体材料目前多为天然或者合成的可降解的高分子化合物。天然高分子及其衍生物可分为蛋白类（白蛋白、明胶和植物蛋白）和多糖类（纤维素和淀粉及其衍生物、海藻酸盐、壳聚糖等）。合成高分子主要有聚乳酸、聚己类酯等。1.1天然化合物1.1.1环糊精环糊精是一种来自于淀粉的环状材料，其结构是葡萄糖单体通过1,4α连接的环状分子。在水相中，通过分子内氢键作用形成稳定的桶状结构，外围是亲水性表层而易溶于水溶液中，内部是疏水性的空腔，可以有效地包含疏水性的小分子，而形成主客体作用(环糊精称为主体，包含的小分子称为客体，这种通过疏水性作用的结合成为主客体作用)。李媛[1]等采用α-环糊精（α-CD）穿入两端带有可光交联基团的改性PEG链形成包含复合物，通过疏水性端基的自组装形成纳米粒子，并将抗肿瘤药物阿霉素负载到纳米粒子中，结果显示超分子纳米粒子具有很好的生物相容性和药物缓释作用，载药纳米粒子对肿瘤细胞具有很好的杀伤效果。张先正等制备了由α-环糊精及其经马来酸酐改性的衍生物与聚(ε-己内酯)(PCL)通过主客体包合作用形成的超分子纳米胶束，并研究了这种胶束的药物释放性能，发现其具有良好的药物缓释效果[2]。李俊等人通过聚阳离子改性β-环糊精，并与聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(PEG-PPG-PEG)三嵌段形成包含复合物，利用改性β-环糊精上的聚阳离子缩合DNA形成DNA/纳米粒子复合物，该纳米复合物具有很高的体外基因转染效率[3]。1.1.2壳聚糖壳聚糖是多聚阳离子，壳聚糖及其衍生物具有增强穿透作用和酶抑制作用，使其成为生物大分子如多肽、蛋白质、基因和酶等的优良运送载体[5]。壳聚糖本身具有确切的抗肿瘤作用，可能通过多种机制达到抑制肿瘤的作用[6]。壳聚糖可以通过多种方法制备纳米粒子，制备成纳米粒子以后可以提高稳定性，防止其被生物酶降解，并可以实现控释和靶向治疗的作用。1.2合成化合物1.2.1聚乳酸聚乳酸是生物可降解及生物相容性聚酯，聚乳酸嵌段共聚物是新型合成聚合材料之一，生物相容两亲性聚合物能在水中自聚集形成不同形态的纳米粒子，在药物控制释放体系中的应用越来越广。李资玲[7]采用透析法制备PluronicF127/聚乳酸纳米粒子，并包埋紫杉醇。结果显示PluronicF127/聚乳酸嵌段共聚物具有很好的生物相容性，紫杉醇的PluronicF127/聚乳酸纳米粒子的释放曲线在前20h内呈现快速释放，此后表现为缓慢释放，综上PluronicF127/聚乳酸适合用作药物载体。1.2.2聚己内酯聚己内酯(PCL)是一种人工合成聚酯类生物高分子材料，生物相容性很好，在药学方面的应用已表现出对甾体类药物具有良好的透过性和相容性，并可获得满意的药物释放行为。李家诗等[8]将含有羧基侧基官能团的己内酯类聚合物，通过溶剂挥发(O/W)和超声乳化相结合的方法制得纳米粒子，并使用5-氟脲嘧啶(5-FU)作为模型药物，研究了纳米粒子的载药和释放性能，研究表明，载药纳米粒子可以控制5-FU的释放速率，释放时间可持续至96h以上。郑施施[9]通过开环聚合法制备了三嵌段高分子化合物PCL-PEG-PCL(聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯)，并将其用于姜黄素的负载合成了三嵌段高分子化合物PCL-PEG-PCL(聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯)，然后采用乳液挥发法制备负载姜黄素的PCL-PEG-PCL纳米粒子，结果证明黄素纳米粒子具有良好的缓释功能。2、无机纳米粒无机纳米材料用于药物载体可达到靶向运输、控释缓释药物的效果，因此无机纳米材料在靶向性给药、药物控制释放和缓释、癌症治疗等方面有良好的应用前景。2.1非金属材料2.1.1介孔纳米粒子(MSNs)介孔二氧化硅（mesoporoussilicanano-particles，MSNs）是粒径为10～600nm、孔径为2～50nm的二氧化硅纳米粒子，它具有较大的比表面积和比孔容，表面易功能化，毒性低，有良好的生物相容性和稳定性[10,11]。因此介孔材料在催化、吸附、分离、药物递送等领域有广泛的应用。2001年，Vallet-Regi等[12]首次尝试将MCM-41用作非甾体抗炎药物布洛芬的载体，开辟了MSNs在医药领域的应用研究。由于其具有巨大的比表面积和比孔容，可以负载较多的药物，以及丰富的硅羟基易于被修饰或改性，现在MSNs作为药物载体已经广泛用于口服递药和注射以及经皮靶向递药系统中[13]。NehaShrestha发现多孔硅经壳聚糖修饰后可用于运载口服给药的胰岛素[14]，通过改善胰岛素的跨细胞渗透，增加与肠道细胞黏液层的表面接触，提高细胞的摄入，可用于口服递送蛋白质和多肽。HOU等[15]用多孔硅作为药物载体递送柔红霉素，治疗视网膜疾病持续时间从几天延长到3个月。通过调控将纳米粒子孔径从15nm变为95nm，使柔红霉素的释放率增大了63倍，从而调控药物的释放。未经修饰的MSNs静脉注射后主要通过被动靶向到肝脏、脾等部位。今年来，也有一些利用配体、抗体、特定基因片段实现MSNs主动靶向的研究报道。Lu等[16]将叶酸经过APTS硅烷化后，与MSNs表面硅醇基以酰胺键键合，链接在MSNs表面达到主动靶向目的。目前将MSNs用于主动靶向的研究报道并不多，且多数报道仅限于体外实验，选择的靶向分子仍以叶酸、转铁蛋白、半乳糖等为主。2.1.2羟基磷灰石纳米粒子纳米羟基磷灰石（nano-hydroxyaptite，nHAP）是一类多孔性的无机材料，由于其溶解度较高、表面能较高，具有优良的生物相容性以及与蛋白质分子的高亲和性，已被广泛用于蛋白缓释药物载体。滕利荣等[17]以羟基磷灰石纳米粒子为载体，吸附牛血清白蛋白并考察了影响其吸附的因素，同时测定了羟基磷灰石纳米粒子-牛血清白蛋白复合物的体外释放度，结果表明羟基磷灰石纳米粒子能够作为蛋白类缓释药物的载体。2.1.3氧化石墨烯氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)是碳家族的一种新型二维纳米材料，表面含有羧基、羟基、环氧基等丰富的官能团，能增强氧化石墨烯的分散性、亲水性以及对聚合物的兼容性，有超大的比表面积。在很多方面的应用研究取得了很好的成果，但在药物载体方面潜在价值的研究还处在初级阶段。在大多数情况下，药物和石墨烯为基础的材料之间的相互作用是非共价键。除了非共价相互作用，它们之间也存在共价相互作用。例如，化疗药物1,3-双（2-氯乙基）-1-亚硝基脲（BCNU）-可以通过酯化反应与PAA氧化石墨烯相结合，用于治疗恶性脑肿瘤[31]。这种纳米载体系统，提高了药物的热稳定性显著延长BCNU的半衰期，药物的释放通过酯键的水解来控制。吴少玲[4]究氧化石墨烯作为药物载体时，发现氧化石墨烯具有很强的载药能力，研究影响氧化石墨烯对抗血液肿瘤药物(多柔比星)的载药能力的因素时，发现温度的变化、pH值的改变、氧化石墨烯的加入量能影响氧化石墨烯对抗血液肿瘤药物(多柔比星)的载药能力。2.2金属纳米粒子2.2.1磁性纳米粒子磁性纳米粒子(magneticnanoparticles,MNP)是一类智能型的材料，具有纳米材料和磁性材料双重性质。磁性纳米粒子可以直接作用肿瘤细胞，还可以协同外加磁场作用于肿瘤细胞，同时也可以作为药物载体作用于肿瘤细胞[18]。将磁性纳米粒子表面包裹高分子材料后与蛋白质结合，作为药物载体注入到体内，在外加磁场的作用下，通过磁性纳米粒子的磁导向，使其向病变部位移动，从而达到定向治疗的目的。一方面可以提高药物对病变部位的靶向性，从而提高治疗效果、降低毒副作用，另一方面还可以达到缓释的目的。夏婷[19]等发现Fe3O4纳米粒子在0.555～3.310mg/ml范围内均可抑制HepG-2细胞增殖，且对HepG-2细胞的生长抑制呈剂量依赖性。龚连生等[20]把磁性阿霉素白蛋白纳米粒注射入移植性肝癌模型的大鼠肝动脉，并在肝肿瘤区外加磁场，实验结果显示大片肿瘤组织坏死，说明磁性阿霉素白蛋白纳米粒具有很强的抗肿瘤作用。信涛[21]等乳化-超声-加热固化法制备了抗肿瘤靶向药物碘化油磁性纳米颗粒，并将其注入荷瘤大鼠肝固有动脉中，结果显示碘化油磁性纳米颗粒作用于肝肿瘤之后，肝癌细胞出现大量凋亡与坏死。2.2.2金纳米粒子纳米金是指直径在0.5～250nm的金超微粒子，自身具有一定生物活性，也可以作为载体负载药物[22]。Mukherjee等[23]发现纳米金可以阻断VEGF165和bFGF这两种具有肝素结合点的蛋白与相应受体的结合，达到抑制细胞增殖的目的。纳米金在作为药物载体时,通过形成金-硫(Au-S)配位键，含巯基的化合物可以在纳米金表面进行自组装，得到稳定的纳米粒子，从而将药物负载在纳米金表面。Asadishad等[24]以巯基化PEG-1500修饰纳米金，在PEG的另一端上连接上叶酸和多柔比星。细胞实验表明，该复合物对叶酸受体表达丰富的人口腔表皮样癌细胞(KB细胞)和人肺腺癌细胞A549的毒性均大于多柔比星;但对正常细胞人前皮肤纤维细胞(humanforeskinfibroblast，HFF)的毒性要小，显示出一定的靶向性。2.2.3层状双金属氢氧化物层状双金属氢氧化物（layereddoublehydroxides，LDHs）由二价金属离子及三价金属离子组成，层状结构有记忆效应，其层间的阴离子可交换，有特殊的酸碱性、荧光性质、热稳定性。利用LDHs作为药物载体，能有效地控制药物释放，可提高药物输送效率[25]。LDHs表面存在大量的羟基，便于进行表面功能化修饰，增强靶向性，避免被巨噬细胞吞噬而从人体内清除，提高药物的输送效率。Gao等[26]通过共沉淀法在LDHs层间成功地嵌入维生素C，维生素C的阴离子垂直插于LDHs层间，热稳定性显著增强。通过离子交换反应来释放维生素C，延长释放时间。3、智能纳米粒子刺激响应型聚合物纳米粒子是一类可以在外界信号刺激下发生结构、形状、性能改变的纳米粒子。利用这种刺激响应性可调节纳米粒子的某种宏观行为，故而刺激响应型聚合物纳米粒子也被称为智能纳米粒子。根据刺激信号的不同，刺激响应型纳米粒子可分为pH、温度、磁场、光、超声、酶、化学物质等类型[27]。其中以pH、温度、光等最为常见。3.1pH敏感纳米粒子pH敏感聚合物的典型特点就是含有可作为质子给体或受体的可电离部分。通常的pH敏感聚合物纳米药物载体正是通过在载体中引入pH敏感单元而达到pH响应的目的。随着pH的改变载体中的pH敏感部分会诱导纳米粒子发生聚集或者溶解，从而调控所负载药物的释放。Park[28]等将阿霉素(ADR)通过pH敏感的腙键连接于聚合物制得了一系列的pH敏感纳米粒子，研究发现:在生理pH值下(7.4)，该载药聚合物纳米粒子非常稳定，而当pH值降到5~6之间时(对应内涵体及溶酶体的环境pH)，ADR开始迅速释放，从而发挥药效。3.2温度敏感纳米粒子温度敏感药物载体一般由热敏性聚合物制备而成。此类聚合物都有一个临界溶解温度(CST)。当低于某个温度时聚合物是水溶性的，但当温度高于此温度时却变成水不溶性的。其中报道最多的是氮取代的丙烯酰胺类聚合物，最常见的为聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)。Gao等[29]开发了一种基于