综述:纳米载药系统 “加速血液清除现象” 的研究突破与应用前景
时间:2025年2月26日
来源:Journal of Nanobiotechnology
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为解决纳米载药系统(NDDS)“加速血液清除现象”(ABC 现象)阻碍其临床应用的问题,相关研究人员开展了对 ABC 现象机制及对策的研究,发现多种抑制策略并探索了其应用,对推进 NDDS 临床转化意义重大。
纳米载药系统(Nanocarrier drug delivery systems,NDDS)在现代医学中就像是一群小小的 “快递员”,它们肩负着将药物精准送达体内病变部位的重要使命,尤其是在抗癌和核酸药物递送领域,本应大显身手。想象一下,这些纳米级别的 “快递员” 带着药物在血液中穿梭,试图找到肿瘤细胞,给它们来个 “精准打击”,从而提高药物的治疗效果。然而,它们却遇到了一个棘手的难题 ——“加速血液清除现象”(Accelerated blood clearance phenomenon,ABC 现象)。
这个 ABC 现象就如同半路杀出的 “程咬金”,严重阻碍了 NDDS 的工作。当对患者进行重复给药时,ABC 现象就会出现,它会让第二次注射的纳米载药迅速从血液中被清除,同时还会使大量药物在肝脏中堆积。这就好比 “快递员” 在送药途中被莫名截胡,不仅无法将药物准确送到需要的地方,还导致药物在肝脏这个 “中转站” 大量积压,大大削弱了纳米载药系统的治疗效果。而且,目前人们对这一现象的内在机制还知之甚少,也没有有效的解决办法,这使得 NDDS 在临床应用中的发展陷入了困境。
为了攻克这个难题,推动 NDDS 在临床治疗中的应用,研究人员展开了深入研究。此次研究对 ABC 现象的潜在机制和应对策略进行了全面总结,不仅讨论了免疫机制,还创新性地引入药代动力学机制,进一步阐明了其发生机制,为后续研究提供了新的方向。研究发现,ABC 现象与免疫反应密切相关,比如抗聚乙二醇(PEG)IgM 和 IgG 抗体的产生、脾脏和淋巴结等免疫器官的参与,以及补体系统的激活等。同时,药代动力学方面,肝药酶 CYP450s 的活性增强和核受体 PXR 的激活也在其中发挥了重要作用。
基于这些机制研究,研究人员提出了多种抑制 ABC 现象的策略。从纳米载体的物理和结构特性来看,较小尺寸(~30nm)和较大分子量的纳米载体,以及结构上避免疏水基团暴露或采用特殊结构(如脂质纳米盘),都可能抑制 ABC 现象。在 PEG - 脂质衍生物方面,较高的 PEG 密度(大于 20%)、较低或较高的 PEG 分子量(小于 550 或大于 10,000),以及使用具有特定功能基团(如分支、可裂解的 PEG - 脂质衍生物)的 PEG,都能在一定程度上减弱 ABC 现象。在给药方案上,较大的初始和后续剂量、较长的给药时间间隔(超过 1 周)、多次给药以及使用游离 PEG 或其他竞争性抑制剂作为预剂量,都有助于抑制 ABC 现象。对于纳米制剂中封装的货物,封装具有免疫抑制作用的细胞毒性药物且使用合适的剂量,或者使用非 CpG pDNA 和低免疫刺激的 siRNA,也能避免 ABC 现象的产生。此外,采用新型聚合物涂层(如 1,2 - 二棕榈酰 - sn - 甘油 - 3 - 磷酸二甘油酯、聚(N - 乙烯基吡咯烷酮)等)、两性离子材料(如两性离子聚(羧基甜菜碱)、聚(N - 甲基 - N - 乙烯基乙酰胺)等)、多糖(如聚唾液酸、菊粉 - g - 聚 - D,L - 丙交酯等)等纳米材料进行修饰,以及构建混合修饰系统,都显示出抑制 ABC 现象的潜力。
值得一提的是,研究人员还巧妙地利用 ABC 现象的特点,提出了一种创新的应用策略。由于 ABC 现象会导致纳米载药在肝脏中大量积累,且能激活肝脏中的 CYP3A1,研究人员设计了由 CYP450s 代谢的抗癌前药的 PEG 化脂质体,通过重复给药,使前药在肝脏中靶向积累并代谢为活性产物,从而增强对肝细胞癌的治疗效果,同时降低对其他正常组织的毒性。
该研究成果发表在Journal of Nanobiotechnology期刊上。研究人员为开展此项研究,主要运用了动物实验(如对大鼠、小鼠等多种动物进行给药实验)、蛋白质和抗体检测(检测抗 PEG 抗体等相关蛋白和抗体水平)、药代动力学分析(研究药物在体内的代谢过程和相关酶活性变化)等技术方法。
在研究结果部分,研究人员从多个角度进行了探讨。在免疫机制方面,通过对多种纳米载体的研究发现,重复给药后,纳米载体首先与脾脏中的 B 细胞相互作用,引发抗 PEG IgM 和 IgG 抗体或针对其他成分的抗体产生,这些抗体与后续剂量的纳米载体结合,激活补体系统,进而导致纳米载体被肝脏中的库普弗细胞(Kupffer cells)摄取,最终加速纳米载体从血液中的清除。在药代动力学机制方面,对多次注射 PEG 化脂质体的大鼠进行研究,发现肝药酶 CYP3A1、CYP2C6 和 CYP1A2 的活性和表达增强,同时核受体 PXR 的表达和核转位也增加,表明 PXR - CYP450s 信号轴参与了 ABC 现象的发生。
在抑制 ABC 现象的策略研究中,通过对不同尺寸、分子量和结构的纳米载体进行实验,发现小尺寸和大分子量的纳米载体、特殊结构的纳米载体(如脂质纳米盘)能够抑制 ABC 现象。对不同 PEG 修饰的纳米载体研究表明,合适的 PEG 密度、分子量以及特殊的 PEG - 脂质衍生物(如分支、可裂解的 PEG - 脂质衍生物)可以减弱 ABC 现象。在给药方案研究中,通过对多种纳米制剂的剂量、给药时间间隔和给药次数等因素的研究,发现较大剂量、较长时间间隔、多次给药以及使用游离 PEG 或其他竞争性抑制剂作为预剂量能够抑制 ABC 现象。在纳米制剂封装货物的研究中,对封装不同药物和核酸的纳米载体进行研究,发现封装高剂量具有免疫抑制作用的细胞毒性药物、非 CpG pDNA 和低免疫刺激的 siRNA 的纳米载体可以避免 ABC 现象。在纳米材料和混合修饰研究中,通过对多种新型纳米材料修饰的纳米载体进行研究,发现 1,2 - 二棕榈酰 - sn - 甘油 - 3 - 磷酸二甘油酯、聚(N - 乙烯基吡咯烷酮)等新型聚合物涂层,两性离子材料,多糖等纳米材料以及混合修饰系统能够抑制 ABC 现象。
在结论与展望部分,研究人员总结了 ABC 现象对 NDDS 的影响,强调了创新引入药代动力学机制对完善 ABC 现象机制研究的重要性。目前提出的多种抑制 ABC 现象的策略为解决这一问题提供了方向,利用 ABC 现象治疗肝细胞癌的创新策略也为相关疾病的治疗开辟了新途径。然而,研究也面临诸多挑战,如 ABC 现象发生机制仍需深入研究,纳米材料的开发和应用还需进一步优化,给药方案也需要更精准的确定等。未来的研究可以从深入探究药代动力学机制、优化给药方案、开发新型纳米材料、抑制核受体和代谢酶相关策略、完善混合修饰系统、研究纳米载体形状的影响以及拓展 ABC 现象的应用等多个方向展开。
总之,这项研究为深入理解 ABC 现象提供了丰富的信息,为解决 NDDS 的 ABC 现象问题提供了潜在的解决方案,为新药设计和药物递送策略的创新奠定了理论基础,有望推动 NDDS 在临床中的广泛应用。
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