口服药物递送是最受欢迎和便捷的给药途径,具有许多优势,包括患者依从性高、使用方便、可接受性好以及成本效益高。[1],[2] 在过去的二十年里,靶向口服递送系统引起了越来越多的研究兴趣,[3],[4] 其主要目标是减少非特异性生物分布、肝脏首过代谢和全身清除,同时确保治疗剂(包括蛋白质、抗体、核酸和肽)在穿透胃肠道屏障后的靶向积累。通过最大化靶点处的药物浓度并最小化不良反应,可以实现最佳的治疗效果。[5]
尽管具有治疗潜力,OTDS仍面临多重挑战,包括但不限于恶劣的胃肠道环境、载体不稳定性、生产可扩展性问题以及临床转化挑战。[3] 这些系统必须克服物理化学障碍,如肠上皮细胞的黏液层、消化酶和极端的pH值波动,所有这些都会降低药物的生物利用度。[6],[7] 同时,通过门静脉吸收的药物会经历广泛的肝脏首过代谢,进一步降低全身生物利用度,阻碍了有效口服疗法的发展。[8],[9] 传统的靶向策略主要依赖于配体修饰,但经常受到受体异质性和生理屏障的限制。[10] 此外,高昂的医疗费用导致一些患者放弃治疗,这突显了开发能够应对这一挑战的创新OTDS策略的迫切需求。
与传统的递送策略不同,仿生系统的根本特点是其主动和智能的靶向能力。[11],[12],[13] 通过多层面的复杂自然设计模仿,这些策略体现了“受自然启发,优于自然”的原则。[14],[15] 与传统材料的被动递送相比,仿生材料能够更有效地克服口服递送中的生理障碍。[16] 具体来说,通过模仿内源性分子识别机制(如配体-受体相互作用和抗原-抗体结合),仿生载体能够在器官、细胞甚至细胞器水平实现精确靶向。[17] 在生物相容性方面,仿生材料通常使用天然成分作为基质或复制天然组织的结构。由于与内源性物质的高度相似性,这些材料表现出更好的体内稳定性,并显著降低了免疫原性和毒性风险。[18],[19] 此外,虽然传统递送系统主要适用于小分子药物,但仿生口服平台可以封装多种治疗剂,包括蛋白质和核酸。[20] 它们还能根据特定的疾病微环境或外部刺激精确释放药物。[21],[22] 因此,仿生材料在推进当代细胞生物学、组织工程和再生医学研究方面发挥着不可或缺的作用。[23] 值得注意的是,仿生策略强调将生物启发设计与工程制造相结合,而不是完全排除合成材料。[24],[25] 这种混合创新在保留生物智能的同时,克服了天然材料在机械性能和稳定性方面的局限性。虽然BM在OTDS中解决了许多临床挑战,但大多数仍处于实验阶段,临床应用有限。实验室成功与临床应用之间的差距既是一个挑战,也是未来研究的机遇。
尽管BM作为提高药物递送效率的关键策略引起了广泛的学术关注,但现有综述的范围仍然有限。现有文献主要集中在:(1)药物和载体的分类及其相互关系,(2)特定的BM类型(如纳米颗粒、ZIF-8、生物膜、细菌膜囊泡、红细胞膜)[14],[15],[26],[27],[28],[29],[30],(3)在递送特定药物类别(如核酸)或治疗特定疾病(如癌症、神经系统疾病)方面的进展。[28],[31],[32],[33] 值得注意的是,关于BM在靶向递送系统中的设计原理及其与治疗效果之间机制联系的系统性分析仍不足。
本综述全面分析了BM在OTDS中的设计,涵盖了从计算结构模拟到功能实现的方法。我们的分析涉及四个关键维度:(1)根据渐进的“结构-功能-应用”关系系统地探讨了BM在OTDS中的设计,涵盖了从设计和材料选择到实施方法的整个过程。(2)研究了仿生OTDS设计与疾病治疗效果之间的相关性。(3)通过整合当前临床转化中的挑战,为仿生技术在OTDS中的未来发展提供了前瞻性见解,为下一代口服递送技术提供了理论指导和技术参考。