引言
单克隆抗体及其他基于抗体的疗法因其高度特异性的靶向能力和治疗潜力，已成为现代生物医学的基石治疗方式。然而，这些大分子药物的临床递送仍面临显著挑战。其巨大的分子量和亲水性阻碍了它们有效穿越关键的生理屏障，如血脑屏障、胎盘屏障和致密的肿瘤间质。此外，抗体治疗剂还存在组织穿透有限、全身清除快、潜在免疫原性以及主要依赖肠胃外给药途径等特点。这些因素共同限制了其在靶组织内的有效浓度和治疗效果。因此，开发能够克服这些障碍的新型递送系统对于提升抗体药物的临床性能至关重要。
在此背景下，纳米技术为优化抗体药物递送提供了一种前景广阔的策咯。纳米技术专注于研究尺度在1-100 nm的材料性质和应用，是连接材料科学、物理化学和生物医学的关键交叉领域。通过纳米技术设计的药物载体，利用其独特的纳米尺度效应、可功能化的表面性质以及可调的物理化学特性，能够有效负载、保护并定向运输抗体分子。这有助于实现多重目标，包括精准靶向、控制释放和增强屏障穿透。随着研究的不断深入，传统的递送系统日益难以满足临床对大分子药物（尤其是抗体类药物）精准递送的需求，这进一步凸显了开发纳米工程递送平台的重要性和紧迫性。
纳米颗粒的特性和应用
纳米颗粒的特性
纳米颗粒在尺寸和结构上各不相同，可被视为0维、1维、2维或3维结构。一个纳米颗粒由三层组成：表面层、壳层和核心。表面层决定了其可被成像检测的波长。表面层包含不同的基团，据此可将纳米颗粒分为富勒烯、金属纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒和聚合物纳米颗粒。它们的反应活性、韧性等性质也取决于其独特的尺寸、形状和结构。正因为这些特性，它们被广泛应用于催化、成像和医疗领域。
纳米颗粒在疾病诊断中的应用
在生物医学领域，纳米技术在疾病诊断、药物设计和制造中扮演着重要角色。纳米颗粒可用作显影剂和胶囊药物用于疾病诊断。例如，研究人员设计了一种新型光治疗剂，其在电磁谱的生物窗口具有光学特性。这种新合成的酞菁染料被包裹在生物相容性蛋白纳米颗粒中，从而实现了卵巢癌的靶向荧光成像和协同治疗双重效果。该纳米制剂具有良好的生物相容性，增强了水的生物稳定性和光热活性，并具有高活性氧生成效率。pH放大的自发光近红外纳米颗粒，整合了化学发光共振能量转移（CRET）和信号放大策略，能够准确识别和定位转移的前哨淋巴结。将量子点（QDs）封装在自组装的C(RGDyk)-poloxamer-188聚合物纳米颗粒（NPs）中作为荧光探针，构建的胶质瘤靶向量子点-c(RGDyk) NPs，可用于胶质母细胞瘤的图像引导手术切除。黑色素纳米颗粒作为磁共振成像（MRI）造影剂的开发，能显著增强体内MRI信号，是一种具有巨大研究潜力的造影剂。小于100 nm的金属壳（Au）介电核心（BaTiO3）纳米颗粒可用于双模态成像和光热治疗。针对胰腺癌的Plectin-1靶向多功能纳米颗粒探针可与各种成像设备联用进行胰腺癌检测。它还可用于医用美容材料，如纳米羟基磷灰石，作为钛植入物的涂层材料、牙本质过敏的再矿化治疗剂或骨再生材料。胎儿生长受限与胎盘功能受损密切相关。利用纳米技术增强胎盘功能包括靶向注射胎盘生长因子（PlGF）通路以增加胎盘终末绒毛数量和可用于营养及氧气摄入的表面积。另一种选择是刺激哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）通路以增加营养转运蛋白。动物实验表明，在注射了由iRGD脂质体纳米颗粒包裹的胰岛素样生长因子-2（IGF-2）后，小鼠模型中出现生长受限的胎儿体重得到显著改善。这表明功能失调的胎盘可以被纳米颗粒靶向，以解决生长受限表型。
纳米颗粒在药物递送系统中的应用
当前用于多种药物递送系统的纳米递送系统包括脂质体、聚合物胶束和聚合物纳米颗粒。作为药物载体，纳米颗粒具有许多优异特性：保护药物免于降解、促进药物吸收、优化药代动力学、改善药物组织分布和渗透性、在生理条件下具有良好的稳定性以及对生理压力具有良好的耐受性。这些纳米载体药物递送平台可以显著提高药物递送效率，改善大分子药物在体内的分布和靶器官浓度，同时也提高了靶向效率。
中枢和心血管疾病的药物递送
基于纳米颗粒的药物递送平台在治疗中枢和心血管疾病方面日益展现其价值。例如，在中枢神经系统（CNS）疾病中，越来越多的临床前研究证明，使用脑靶向纳米颗粒可以增加血脑屏障的穿透性并改善脑部递送，这表明纳米颗粒可以被设计成治疗CNS疾病的有效药物递送系统。研究证实，负载钩藤碱的Tween 80-甲氧基聚乙二醇-聚（乳酸-共-乙醇酸）纳米颗粒具有更高的血脑屏障传输率，并在阿尔茨海默病的体外模型中减少细胞死亡。在帕金森病的体外模型中，与两性聚合物聚（2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱）生物结合的非血红素负载蛋白纳米颗粒表现出与游离非血红素相似的保护能力。这表明纳米颗粒可以改善药物对血脑屏障的渗透性，可用于神经退行性疾病的药物递送系统。VHH-pa2H是Aβ的单域抗体，将其与谷胱甘肽（GSH）共同封装在脂质体中并通过静脉注射到达Aβ区域，板区抗体量显著增加。同时，GSH脂质体可以减少抗体在血液中的清除。构建Aβ靶向纳米颗粒可以有效提高药物在靶组织中的浓度并增加药物的血液循环时间，可用于治疗小鼠阿尔茨海默病。
除了负载不同的化学药物或植物提取物，纳米颗粒还可以被设计成靶向不同免疫细胞的药物递送系统，以适应靶向药物递送的复杂需求。例如，单核细胞是一类循环免疫细胞，其表面模式识别受体（PRRs）可与糖蛋白、活性氧物种、趋化因子受体、粘附分子和免疫球蛋白结合。他汀类药物主要用于治疗动脉粥样硬化。由于其低生物利用度，需要与纳米颗粒共同封装。负载他汀的高密度脂蛋白（HDL）纳米颗粒可以优先聚集在单核细胞来源的巨噬细胞中，而不是单核细胞动脉粥样硬化斑块中。这种靶向单核细胞、负载他汀的纳米药物递送系统可以减少巨噬细胞的斑块负荷，并降低促炎基因和单核细胞招募基因的表达，可用于动脉粥样硬化的治疗。
使用mRNA聚合物纳米颗粒可以有效改善心脏功能，可用于治疗心力衰竭。将治疗分子引入受损心肌，并将药物递送至心脏组织短暂缺血后出现“顿抑”或功能障碍的部分，有助于克服心力衰竭。研究表明，纳米miR-133a替代疗法有助于缓解压力超负荷引起的心力衰竭。负载miR-30b-5p的PEG-PLGA纳米颗粒通过靶向TGFbR2，可以改善心脏功能、减少心肌损伤，并调节与心肌肥厚和炎症相关的因子表达。用于磁共振成像（MRI）的超顺磁性氧化铁（SPIO）纳米颗粒负载的水包油纳米乳剂（NE）经动态MRI显示，用聚乙二醇（PEG）层修饰的NE-SPIO纳米颗粒减少了肝脏摄取并延长了半衰期。靶向动脉粥样硬化的全人源scFv可以聚焦于动脉粥样硬化斑块，作为动脉粥样硬化成像（SPIO）的治疗工具，并减少动脉粥样硬化斑块中的氧化。
抗肿瘤药物递送
由于纳米颗粒具有高渗透长滞留效应（EPR效应），它们能更好地在肿瘤和炎症组织中富集。因此，纳米递送系统常被用于靶向多种实体瘤和中枢神经系统肿瘤。一项研究中，开发了由G0-C14、PLGA和脂质PEG组成的脂质纳米颗粒，并用CTCE-9908（一种对CXCR4具有特异性的靶向肽，CXCR4在肝癌细胞中高表达）进行修饰以靶向肝癌细胞。使用这种新型脂质纳米颗粒递送载体将p53 mRNA特异性递送至肝癌细胞，并结合抗PD-1单克隆抗体（mAb），可以有效诱导肿瘤微环境（TME）的整体重编程，并实现更好的抗肿瘤效果。紫杉醇PLGA-PEG纳米颗粒具有更高的靶向性和更强的细胞毒性，能够靶向并杀死CD133阳性的肺癌干细胞，显著减小肿瘤体积，可用于肺腺癌的治疗。转铁蛋白（TF）生物结合固体脂质纳米颗粒（SLNs）通过负载姜黄素（CRC）可显著增加肿瘤细胞对TF CRC SLNs的摄取，用于前列腺癌的主动靶向治疗。一种拉曼标记的空心金纳米颗粒具有表面增强拉曼散射（SERS）特性，在低剂量X射线预照射下能在肿瘤部位有效积累，并在乳腺癌模型中发挥高效的抗肿瘤作用。黑色素瘤是最具侵袭性的皮肤癌。恶性黑色素瘤的转移率非常高，现有治疗方案难以实现治愈。含有包裹巨噬细胞质膜（RANP）的白蛋白纳米颗粒（ANPs）的紫杉醇（PTX）能显著促进黑色素瘤细胞的细胞毒性和凋亡率，表明包裹巨噬细胞质膜的白蛋白纳米药物递送系统具有显著的抗肿瘤作用，具有治疗黑色素瘤的潜力。研究证实，系统性注射阿霉素纳米颗粒能有效抑制肿瘤生长。与游离药物相比，肿瘤细胞对小型DOX负载纳米颗粒更敏感。研究表明，脑肿瘤的脂质屏障与恶性脑肿瘤的不良预后相关，但该屏障可通过血源性胶质瘤基因治疗被穿透。
纳米颗粒可以调节细胞功能，影响微环境中的细胞组成，发挥高靶向性和渗透性，抑制肿瘤的发生和发展。纳米药物递送系统用于调节微环境中的成纤维细胞、血管和细胞外基质等成分，改变肿瘤赖以生存的“土壤”，并可与抗肿瘤细胞疗法有机结合，改善恶性肿瘤的治疗。例如，聚合物纳米颗粒、脂质体纳米结构、碳基纳米材料和金属纳米颗粒（如金和氧化锌纳米颗粒）可通过增加氧化应激介导的细胞凋亡和自噬来抑制肿瘤细胞功能，发挥抗肿瘤作用。化疗药物常与实体瘤有效接触不足或在肿瘤中累积浓度不够，限制了其抗肿瘤效果。因此，将紫杉醇或铂类药物负载在靶向性更强的纳米颗粒上，可以弥补小分子化疗药物递送效率差和杀伤力不足的缺点。而且，小尺寸纳米颗粒显示出比大尺寸纳米颗粒更长的血液循环时间，因此在肿瘤组织中的浓度相对较高。因此，对抗肿瘤药物进行纳米修饰是提高靶向性和渗透性的必要手段，具有广阔的研究前景。
感染性疾病的药物递送
病毒感染仍然是世界性的公共卫生问题。脂质体纳米颗粒、胶束、树枝状聚合物和纳米胶囊可通过口服、直接注射和吸入途径进入人体。它们可以促进病毒制剂治疗和保护的潜力，并可用于艾滋病（AIDS）、乙型肝炎病毒（HBV）和结核病的治疗。结核病（TB）是世界上最致命的疾病之一，由结核分枝杆菌（MTB）引起。MTB侵入宿主巨噬细胞和其他免疫细胞，修饰其溶酶体转运蛋白，阻止吞噬溶酶体的形成，并抑制巨噬细胞和单核细胞中TNF受体依赖性凋亡。随着耐药菌株的出现，结核病的治愈变得越来越困难。携带抗结核药物的聚合物纳米颗粒可以根除和控制药物敏感及耐药的结核分枝杆菌菌株，有效提高结核病的治愈率。近红外响应仿生纳米颗粒（UCNPs）-Cas9@CM可有效递送Cas9 RNP并实现有效的HBV治疗性基因组编辑，这表明基于上转换纳米颗粒（UCNPs）的仿生纳米平台可通过CRISPR治疗抑制HBV复制，是有效治疗人类HBV感染的潜在系统。聚（β-氨基酯）聚合物可与mRNA复合形成纳米颗粒，用于预防SARS-CoV-2感染。此外，将病毒mRNA封装在适当大小的阳离子脂质纳米颗粒（LNPs）中，可防止细胞外核糖核酸酶的降解，并促进靶细胞内涵体（参与内化物质的运输和分选的膜结合囊泡）对mRNA的摄取和释放。一种新型LNP递送系统被用于治疗SARS-CoV-2感染。研究人员筛选了靶向SARS-CoV-2病毒高度保守区域的多重siRNA，出现了三个候选siRNA。将它们封装在这些LNPs中并体内注射，无论是单一疗法还是联合疗法，都能有效抑制90%以上的SARS-CoV-2病毒。基于纳米颗粒的、递送SARS-CoV-2抗原的疫苗将在扩展或改善针对COVID-19的疫苗接种结果方面发挥越来越大的作用。已有超过26种纳米颗粒疫苗候选物进入临床测试阶段。
自身免疫性疾病的药物递送
自身免疫病是一种免疫调节紊乱。自身耐受机制被破坏，导致自身组织和器官损伤或功能异常的免疫病理状态。其病程长，通常使用具有广泛抑制作用的药物或生物制剂进行治疗。因此，靶向性差，治疗效果不明显，且易产生副作用。使用合成纳米颗粒、仿生纳米颗粒和细胞外囊泡可以提高药物靶向性，具有免疫调节特性，可用于自身免疫病的治疗。靶向T细胞的纳米颗粒可被配制成耐受性人工抗原呈递细胞，以纠正稳态调节缺陷并再生治疗性抗原特异性调节性T细胞（Treg），恢复并维持Treg相对于效应细胞的优势，促进自身免疫病的长期缓解，并最终预防易感个体发病。此类物质可用于治疗系统性红斑狼疮（SLE）和其他自身免疫病。银屑病是一种复杂的自身免疫病。绿豆来源的纳米颗粒（MBNs）可通过调节皮肤免疫系统来改善银屑病的皮肤炎症并调节免疫微环境。对于经咪喹莫特（IMQ）刺激的银屑病皮肤，局部施用MBNs可以稳定极化巨噬细胞的内环境并拮抗NF-κB信号通路，从而减轻皮肤炎症。
其他疾病的药物递送
研究表明，眼中复杂的药物递送屏障降低了许多药物的生物利用度，导致治疗效果不佳。在使用纳米载体开发眼部药物递送技术时，纳米颗粒与眼粘膜之间的相互作用可以延长药物在眼中的滞留时间并增加渗透性。皮肤是人体最大的器官，也是抵御环境侵害的第一道防线。在营养不良的环境中，皮肤必须通过自噬机制回收有限资源以维持稳态。聚合物纳米颗粒可以将自噬相关分子（如诱导剂、抑制剂或核酸分子）递送至皮肤，并在免疫相关皮肤病中获得更好的临床治疗效果。甘草酸是从常见草药光果甘草中提取的化合物，具有粘膜保护、抗氧化和抗炎作用。负载甘草酸的聚乳酸-羟基乙酸（GA-PLGA）纳米载体对炎症性肠病具有显著的治疗效果，并能增强5-FU诱导的肠粘膜炎的粘膜保护、抗炎和抗氧化作用。
总而言之，基于纳米颗粒的药物递送系统可以负载小分子药物、植物提取物、肽或核酸等物质用于治疗目的。同时，纳米颗粒可以被有效修饰以改变载体的脂溶性和靶向性，用于治疗多种疾病。随着生物制药领域的不断发展，以抗体、CAR-T和抗体药物偶联物（ADC）为代表的生物大分子已经出现。与化学药物早期研发中候选靶点筛选困难相比，抗体相关药物具有高靶向性、强细胞毒性、副作用少和安全性高等特点，只需制备和验证针对特定抗原表位的抗体，因此被广泛应用于肿瘤、自身免疫病等疾病的治疗。
单克隆抗体的特性和应用
单克隆抗体的分子特性和制备
单克隆抗体（mAb）是典型的大分子药物。它指的是通过单个B细胞（其基因只能编码一种抗体）克隆产生的、仅靶向特定抗原表位的高度均一的抗体。作为大分子蛋白质，由于其特殊的结构和生理特性，其在体内的吸收、分布、代谢和排泄与小分子药物有很大不同。它具有靶点介导的药物处置、非线性药代动力学代谢、时间依赖性和长半衰期等独特的药代动力学特性。mAb药物受限于其在胃肠道中的不稳定性（pH值和消化酶的影响）、脂溶性差、分子量大和肠道渗透性有限，通常通过肠胃外途径给药，包括静脉注射、皮下注射或肌肉注射。静脉注射是最常见的给药方式。药物直接进入血液，不经过吸收过程，可快速起效。肌肉或皮下注射mAb药物使其通过人体淋巴系统吸收，吸收速率相对较慢，通常需要1-8天达到最大血浆浓度，生物利用度通常约为50%-100%。由于分子量大、亲水性强，药物难以自由扩散到组织中。在组织中的分布非常缓慢，分布容积通常很小。因此，mAb药物通常局限于血管和间质组织空间。静脉注射后，mAb药物从血管空间到间质空间的分布主要通过对流（液体从血液流向间质空间）以及抗体与细胞之间的结合或受体介导的内吞作用、吞噬作用和液相胞饮作用发生。mAb药物主要通过蛋白水解酶催化代谢消除，产生较小的肽和氨基酸，这些肽和氨基酸以能量物质或蛋白质合成原料的形式被代谢和消除。消除途径可分为特异性清除和非特异性清除，后者包括靶点介导的清除、非特异性胞饮作用以及Fc受体介导的清除。
完整的抗体分子具有三个功能组成部分：两个抗原结合片段（FABs）和一个可结晶片段（Fc）。两个FAB通过铰链区连接到Fc，这使得FAB相对于Fc具有很大程度的构象灵活性。FAB段是抗原结合位点，包含一个互补决定区（CDR），可以互补性地结合相应的抗原表位。Fc区可与Fcγ受体（FcγR）连接。它与补体C1复合物的第一个亚组分（C1q）结合，介导抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）、补体依赖性细胞毒性（CDC）、抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）、异位吞噬作用（trogocytosis）和诱导介质分泌，并通过与FcRn的相互作用调节组织和血清半衰期。Fc长期以来一直是工程化改造以调节效应功能活性的重点，这些效应功能存在于单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、T和B淋巴细胞以及自然杀伤（NK）细胞中。铰链区位于CH1和CH2功能区之间。该区域富含脯氨酸，因此易于伸展和弯曲。它可以改变“Y”臂之间的距离，有利于同时结合两个相同的抗原表位，也有利于暴露免疫球蛋白分子的补体结合位点，并通过与补体C1q结合来激活补体。
目前，许多单克隆抗体可以通过杂交瘤技术或噬菌体抗体库制备，其作用机制包括：抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）、补体依赖性细胞毒性（CDC）、抑制病毒与细胞受体的结合、抑制细胞增殖、调节细胞相互作用、中和抗原等机制，以阻止致病物质侵入细胞，治疗感染及相关疾病。
单克隆抗体的临床应用
根据分子大小和功能的差异，单克隆抗体可分为五种亚型：IgG、IgM、IgE、IgA和IgD。通常，大多数治疗性抗体是IgG。目前，mAb已广泛应用于ELISA、放射免疫分析、免疫组织化学、流式细胞术、蛋白质纯化和靶向治疗，例如传染病、自身免疫病、肿瘤等领域的治疗和诊断。
用单克隆抗体治疗传染病
单克隆抗体可用于治疗疟疾、HBV和COVID-19等传染病。疟疾是由雌性按蚊叮咬或注射携带疟原虫（处于感染阶段）的血液引起的虫媒疾病。特别是在非洲、东南亚以及中南美洲的一些国家，恶性疟疾的死亡率非常高。CIS43LS是一种具有延长半衰期的抗疟疾单克隆抗体。在感染控制后使用长效单克隆抗体CIS43LS可以预防疟疾。乙型肝炎由乙型肝炎病毒（HBV）引起。乙肝患者和HBV携带者是
