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源生疗法
专家介绍:

姓名:李源生
职称:胶质瘤专家
擅长疾病:胶质瘤、脑干胶质瘤
简介:源生针刺加拨罐治疗脑胶质瘤,开创了中医治疗新方法针灸加拨罐,源生疗法是一种有效治疗胶质瘤、脑干胶质瘤的疗法,多年来治疗众多的脑胶质瘤患者。


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纳米粒子治疗脑胶质瘤的研究进展

来源:本站|发布时间:2022-10-23|浏览次数:301

 胶质瘤是原发性中枢神经系统肿瘤中所占比例最大的肿瘤,目前对胶质瘤的治疗常采用手术、放疗和化疗等,治疗后几乎普遍复发。术后化疗效果差是导致高复发率的原因之一。血脑屏障(blood brain barrier,BBB)存在于胶质瘤肿瘤边缘,限制了大多数治疗药物的渗透,减低了药物进入脑内的可能。

 

虽然一些化疗药物可以渗透穿过BBB,但是由于化疗耐药的多个蛋白过度表达而产生的药物抵抗性等会导致肿瘤中药物的累积量较低,单次给药无法取得最佳疗效,因此难以显著地改善胶质瘤的获得性化疗耐药。

 

纳米医学的发展为增强药物的转运提供了一种很有前景的途径。纳米药物能有效进行传递主要取决于:①能有效地包封药物;②能成功地将药物传递到身体的目标区域;③能成功释放药物;④具有足够大的表面积,可以用放射性核素修饰和标记。近年来,许多研究也通过修饰纳米材料,如纳米脂质体、微粒、聚合物胶束和树枝状大分子等来提高脑胶质瘤治疗效果和减少不良反应发生。

 

1.纳米给药系统

 

为了改善药物在脑肿瘤中的分布,人们对新型药物给药系统进行了积极的研究。其中一个研究领域是使用纳米粒子(nanoparticles,NPs)辅助药物的传递。NPs可以由碳类、脂类或聚合物类组成,可以包封治疗剂。NPs可以被设计成靶向肿瘤细胞的制剂,因而可以将对健康细胞的损害降到最低。这项技术的好处是可以有效地将治疗药物以目标明确和集中的方式传送到肿瘤细胞部位。此外,NPs可以根据肿瘤细胞的分子特性进行个性化治疗。

 

聚合物NPs是一个广泛而复杂的研究领域,既包括经典聚合物材料,也包括树状结构。一般的,以聚合物NPs为基础的药物给药系统被设计用来改善药物的溶解性、稳定性、生物利用度、释放度和其他药动学,同时通过降低所需剂量或特异性靶向到治疗区域来减少不良反应发生。

 

与许多其他NPs材料不同,聚合物NPs的独特性能并不是材料选择的独特性(如金属或半导体NPs),而是不同的单体通过共聚合作用、嵌段模块化和其他经典的有机合成技术可能产生的化学和结构多样性。一般来说,聚合物NPs比脂类NPs更有优势,因为它们可以被设计成即使在稀释浓度下结构还很稳定的NPs。这一领域具有广泛性和复杂性,下文重点介绍几种具有代表性的聚合物类型。

 

1.1经典的聚合物纳米粒

 

聚合物NPs可以从一系列单体和聚合物的起始材料开始制备,既有疏水性又有亲水性。常用的疏水材料包括聚(乳酸)(polylactic acid,PLA)、聚(乙醇酸)或聚(乳酸乙醇酸)等聚酯,其他常用材料包括聚(氯乙烯)和聚苯乙烯。将羧酸嫁接到它们的结构上可以改善氢键的结合力,并产生一定的水溶性,特别是在低分子量时。

 

值得注意的是,聚(乳酸乙醇酸)和其他一些相关材料已经应用到获得美国食品药品管理局批准的某些医疗设备中。NPs常用的亲水性材料有聚乙烯亚胺、聚(酰氨基胺)、聚(赖氨酸)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(氰基丙烯酸酯)和聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)。虽然聚合物NPs是迄今为止最常用的结构,但聚合物纳米管、纳米棒和纳米纤维也已被制备,并在生物医学中有许多潜在的用途。聚合物NPs的发展所固有的一个显著优势是许多单体和聚合物原料的商业可用性。

 

1.1.1疏水聚合物纳米材料

 

由疏水聚合物形成的NPs通常是利用预成型聚合物的沉淀或单体聚合来制备的。预成型的聚合物沉淀方法包括乳液/溶剂蒸发、溶剂置换、盐诱导脱溶(盐析)、超临界流体二氧化碳技术和超临界抗溶剂沉淀。在水相乳液中进行的单体缩聚反应也常被使用。通常加入表面活性剂分子以促进NPs的形成,并能在水溶液中提供后续的稳定性。这样的NPs材料可以直接用作超声成像技术和拉曼光谱中的造影剂。这些NPs固有的疏水性导致它们常用来包封疏水药物和染料。如亲脂荧光Bodipy染料、阿霉素和光敏剂中的四苯基卟啉都被包封在NPs中,同时,在材料中加入色孔和离子载体,为NPs提供离子选择性纳米传感器。

 

脂基分子和共聚物通常用来进一步修饰聚合物NPs的表面并引入额外的功能,如PEG或聚氯乙烯,可以改善生物相容性,还可以替代通过胺靶向介导抗体固定化的反应性酯基团。

 

1.1.2亲水聚合物纳米材料

 

亲水或半亲水聚合物往往比疏水聚合物更受关注,因为水溶性可以降低对有机溶剂的需求,而有机溶剂可能导致结构变性或降解为不稳定的生物分子。通过化学或物理过程、单体聚合或嵌段共聚物自组装的方法,使亲水原料经交联制成聚合物链进而合成NPs。预成型聚合物或较大的单体进行化学交联是制备聚合物NPs和交联聚合物网络的流行方法,这些聚合物在水中会有膨胀现象,通常称其为水凝胶。聚丙烯酰胺水凝胶是一种很受欢迎的高分子纳米材料,可用于包裹一系列荧光染料、药物和蛋白质。

 

丙烯酰胺聚合物壳层还能用来包裹涂上荧光染料的Au或AgNPs,使其产生具有水溶性、等离子活性的荧光NPs,用葡萄糖和肽类修饰这些NPs使其进一步功能化,应用于成像和检测。

 

1.1.3自组装聚合物纳米材料

 

聚合物NPs研究中最活跃的领域之一是包覆聚合物胶束。这些核-壳结构是通过两亲性共聚物的自组装而形成的,并得到广泛的认证。经常用于胶束NPs形成的二嵌段或三嵌段共聚物具有亲水区(如PEG)和第二区,两区域通过疏水/两亲、静电、金属络合或氢键相互作用来形成NPs核心。若给予最佳条件,这些共聚物会自发性的进行组装,形成胶束或囊泡结构。虽然胶束结构在文献中比较流行,但囊泡结构的一个优点是在其核心含有亲水性储油层,使亲水(核心)和疏水(壳)物质均能被包裹起来。比较常用的二嵌段共聚物包括PEG-多肽和PEG-聚酯衍生物,主要是因为它们具有较好的生物相容性和生物可降解性。

 

1.2树枝状结构

 

树枝状结构是一类重复分枝或树状的聚合物材料,可根据“合成”高分子的分子量进一步细分。超支化聚合物在结构上是随机的,具有多分散分子量,而树枝状大分子和树枝状结构则代表具有单分散分子量的高度有序结构。其他树枝状结构,如树枝状移植物、嫁接物、刷状结构和星形结构,通常具有较窄的分子量分布,并介于超支和树枝状结构之间。

 

在这些结构中,树枝状大分子通常与生物相关的材料相结合。基本的树枝状大分子结构由三部分组成:①核心;②内枝壳,由代表从中心核产生的连续分支点的数目的生成号(G)表示;③外壳,由末端或周边基团组成,通常是生物结合的主要位点。由于三个部分的物理和化学性质能被分离,因此树枝状大分子结构的总体性(尺寸、形状、电荷、柔韧性、反应性、价态)是它们在许多领域成功应用的关键。树枝状大分子也通常被用来封装、稳定和指导许多有机和无机NPs的传递或活动。

 

1.3超支化聚合物和更复杂的树枝状结构

 

与树枝状大分子相似,超支化聚合物也有NPs制剂,这些制剂可以被多种分子修饰,用于生物医学应用。超支化聚合物具有较多的随机结构和多分散分子量,而其制备成本较低,容易被修饰,类似于树枝状大分子,因而可采用共价和非共价结合的方式进行改造。如Pirzkall等开发了一种氨基化的、PEG基的超支化聚合物,它们可以通过静电相互作用来结合RNA,从而形成(60±10)nm大小的NPs结构,同时能保护RNA不被酶降解。Graves等还开发了带有羧基和季铵基的超支化聚硅氧烷NPs,用于包封荧光成像所用的各种疏水双光子染料。这些聚合物材料的复杂形式也可以应用在生物共轭化学中。如Pirzkall等将交联线性亲水性丙烯酸苄酯制成5~10nm大小的聚合物NPs核,然后通过聚合物链上的羧基将它们与马来酰亚胺-PEG-酰肼键连接。马来酰亚胺随后与树枝状分子转运分子的硫醇端反应,产生树枝状纳米材料。在此之前,部分聚合物羧酸被氯甲酸活化,用N-三氟乙酰基乙二胺转化为保护用的伯胺,脱保护后用氨基功能化荧光染料对胺进行修饰。

 

1.4脂质纳米粒

 

自人们第一次对脂质蛋白进行描述,关于脂质蛋白的研究就从未停止。人们在化学和生物医学的应用尤其是在药物输送方面进行了广泛的研究。生物活性脂质NPs载体系统的优势一直推动着这些系统被不断的开发。其中最重要的一点是脂类是纯天然的,具有良好的生物相容性和身体耐受性。此外,由于许多脂质NPs是由两亲性成分组成的,因此在某些情况下,无论其亲水性如何,它们均有能力同时溶解多种形式的生物活性物质。因此疏水治疗剂可以负载到高密度NPs的脂质区,而水溶性生物活性物质可以结合或负载到亲水性区域。无论是在体外还是在体内,这种脂质系统的独特配置还可以保护负载物的生物活性,使其免受恶劣环境的影响。脂质包封可进一步限制装载物的系统性暴露,这是有益的,因为在许多情况下,有效荷载的治疗剂可能会产生细胞不良反应。

 

2.纳米制剂对脑胶质瘤治疗的具体应用

 

使用生物降解的高分子NPs去诱导药物在中枢神经系统内治疗肿瘤是一个值得深入研究的方法,它可以负载不同的化疗药物来诱导选择性毒性,此外,在寻找针对肿瘤细胞的特异性免疫应答时,还可以调节细胞和体液免疫应答。目前已经设计了各种各样的NPs,在一定的策略范围内每种NPs均具有特定的性质(一定大小、形状和组成),如结合抗原可以被特定的受体识别,NPs可以保护包裹在其中的抗原不被降解;标记过的NPs也可以被特定的受体所识别,并允许对NPs的迁移进行有效的追踪。下面主要介绍脂质体和树枝状大分子被用作胶质瘤治疗载体的具体情况。

 

2.1紫杉醇纳米粒

 

紫杉醇是一种通过促进微管的组装和稳定而抑制细胞分裂的化疗药物。紫杉醇的疏水性很强,在BBB中的吸收也较差。为了克服这一限制,紫杉醇已与脂质体结合。有研究确定了负载紫杉醇的血管肽结合PEG-聚己内酯纳米粒作为双靶向药物给药系统在胶质瘤治疗中的应用前景。NPs与多肽Angiopep结合,以增强对BBB跨膜转运,并通过脂蛋白受体相关蛋白介导的内吞作用靶向肿瘤。负载紫杉醇的多肽Angiopep-NPs对U87MG胶质瘤细胞增殖和凋亡的抑制作用增强。同时,利用跨膜技术研究了NPs体外BBB模型的转运,负载紫杉醇的多肽Angiopep-NPs的转运能力比普通NPs有明显增强,进而更容易跨越BBB,显著降低U87MG胶质瘤细胞的存活率。

 

此外,紫杉醇可以连接到PEG-PLA的两亲性嵌段共聚物上,形成聚合物-药物共轭物。由于这种共轭物的两亲性,在水相介质中自组装后,紫杉醇分子被包在胶束的核心部分,并得到很好的保护,PEG段构成胶束的上部,使它们仍溶于水。PEG-PLA-紫杉醇胶束对肿瘤生长的抑制作用主要表现在体质量变化、存活时间和肿瘤大小等方面。治疗效果的改善归因于PEG-PLA-紫杉醇胶束能增强渗透性和滞留效果。大鼠脑切片荧光成像进一步证实,与空白PEG-PLA胶束相比,PEG-PLA-紫杉醇胶束能通过BBB并能到达脑内,胶质瘤细胞对其有较高的细胞摄取,PEG-PLA-紫杉醇胶束对胶质瘤细胞有较强的抑制和凋亡作用。

 

2.2姜黄素纳米粒

 

姜黄素是一种多酚类化合物,来源于印度香料姜黄。研究表明,姜黄素可以通过诱导凋亡、抗血管生成、抗炎、免疫调节等方面在多种不同癌细胞系和动物模型中发挥抗肿瘤作用。姜黄素的一些潜在分子靶点包括胰岛素样生长因子、丝氨酸苏氨酸蛋白激酶、促分裂原活化的蛋白激酶、信号传感器、转录激活因子3、核因子κB和Notch。这些通路在脑肿瘤中均被认为是有效的,因此姜黄素在治疗这些疾病方面可能是一种有效的制剂。Shao等使用NPs包裹姜黄素治疗髓母细胞瘤和胶质母细胞瘤细胞,认为可导致多种脑肿瘤细胞的生长呈剂量依赖性下降。肿瘤细胞的减少与G2/M期阻滞和诱导凋亡有关。此外,姜黄素还被用于由两亲性甲氧基聚己内酯嵌段共聚物形成的球形核壳纳米结构中,并通过NPs的内吞作用定位于胞质中的细胞核周围,进而转运到C6胶质瘤细胞中。体外研究证明,这些纳米结合物的细胞毒性可能导致大鼠C6胶质瘤细胞株的凋亡且具有剂量依赖性。

 

2.3甲氨蝶呤(methotrexate,MTX)树枝状大分子

 

将D-氨基葡萄糖作为配体与树枝状大分子纳米材料结合,可增强其在BBB中的通透性和肿瘤靶向性。负载MTX的树枝状大分子对U87MG和U343MGa细胞具有有效的杀伤作用。罗丹明标记的树枝状大分子和负载MTX的树枝状大分子在体外BBB模型中的通透性及其在人脑胶质瘤球体中的分布正在持续研究中。经细胞株检测,糖基化树枝状大分子的内化含量明显高于非糖基化树状大分子。这些负载MTX的树枝状大分子能杀死肿瘤细胞甚至是MTX抗性肿瘤细胞,这突出了它们具有克服MTX抗性的能力。

 

另外,将MTX载入树枝状大分子后,在BBB中的转运量是MTX独自转运的3~5倍。糖基化进一步加强了树枝状大分子在BBB中的累积渗透能力,从而增加了MTX在BBB中的有效渗透量。这些结果表明,氨基葡萄糖不仅可以作为树枝状大分子靶向胶质细胞瘤的配体,还可以增强其在BBB中的通透性。

 

2.4反义miR-21寡核苷酸和5-氟尿嘧啶联合应用树枝状大分子

 

以聚酰胺-胺型树状大分子为载体,将反义miR-21寡核苷酸(antisense miR-21 oligonucleotide,as-miR-21)和5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-Fu)联合应用,可以达到将as-miR-21传递到人胶质母细胞瘤细胞的目的,并且增强了5-Fu在反义治疗中的细胞毒性。聚酰胺-胺型树枝状大分子同时负载5-Fu和as-miR-21,形成直径<100nm的络合物,使化疗药物和as-miR-21均能有效地导入肿瘤细胞。as-miR-21的联合给药可明显改善5-Fu的细胞毒性,显著增加U251细胞的凋亡,降低肿瘤细胞的迁移能力。这些结果显示,联合输注系统在治疗miR-21过表达的胶质母细胞瘤方面可能具有重要的临床应用价值。

 

3.展望

 

NPs的快速发展对肿瘤的诊断、治疗和监测产生了深远的影响。NPs被认为是一种潜在的药物和(或)基因载体,因为它具有对多种化合物的载药能力,并能允许在广泛的应用中进行化学修饰,将药物的系统毒性降至最低,并提高其稳定性。目前,NPs已被用于改善跨越BBB的药物传递,并且一些研究小组正积极尝试将多种功能整合到NPs中,作为靶向不同的免疫和肿瘤细胞的平台,进而研发多种策略对特定的肿瘤进行治疗。

(责任编辑:yong)