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靠细胞膜“伪装术” 纳米载体“骗过”免疫系统

2019-06-06 11:43      点击:

  组装或合成的纳米药物载体,具有尺寸小、选择性高、毒副作用小等特点,在负载药物进行肿瘤治疗方面起到了很好的临床效果。然而,这种药物载体在生物体内会受到免疫系统干预,往往会阻碍药物在体内的输送。

  经过多年来的不断探索,中国科学院化学研究所李峻柏课题组发展了一系列基于细胞膜“伪装”的纳米载体。该组装体引入仿生伪装理念,犹如身穿迷彩服隐身在草地里的“士兵”,能成功逃脱生物体内免疫系统的清除,显著改善药物分子在体内的递送效率及肿瘤的光治疗效果。

  近日,该课题组基于国内外相关研究领域的发展状况,在《国家科学评论》上发表综述文章,总结了细胞膜“伪装”纳米载体的研究进展,阐释人工合成纳米药物载体与天然细胞膜相结合的优势与重要性,展望了其在未来临床医学中的应用潜能。

   免疫系统屏障限制了药物递送效果

  磷脂是一种生物相容性好、毒性低的生物材料。长期以来,由磷脂形成的脂质体一直被医药界公认为优质的药物载体和封装材料,现已大量用于临床医学研究与疾病治疗,尤其适用于高端的抗肿瘤药物。但是,由于磷脂在生物体内易被酶水解,稳定性相对较差。

  为此,科研人员将纳米技术与材料和生物医学相结合,发展了一系列可用于生物体内药物运输的新型纳米载体,主要包括合成或组装的纳米粒子或复合物,如介孔二氧化硅、金纳米粒子、金纳米棒以及有机聚合物纳米粒子等,具有尺寸小、高效的药物负载能力、功能性强、易与多种客体功能分子相结合等特点。

  免疫系统是生物体内天然的防御屏障,可识别外源入侵物,如病毒和细菌、微小生物等,执行免疫清除任务,以保障生命体正常运转。事实上,上述这些新型纳米药物载体虽然集成诸多优点,但在生物体内输送中同样会面临如何逃逸免疫系统阻碍的问题——它们如同入侵机体内的外源物,一旦进入生物体内便会引起“免疫应答反应”,体内各种生物屏障,如免疫清除、内皮组织黏附与滞留、器官淤积等因素,限制了对药物的有效递送,进而影响治疗效果。

  该课题组专家举例说,在临床医学中已有纳米载体应用于封装胰岛素,由静脉注射到血液内时,时常产生由免疫系统引起的药阻现象,因此只能通过增大剂量的方式来提高治疗效果,但由此会增加一些不良反应。又如,使用化疗方法来治疗癌症病人时,药阻现象更为明显。若需要改善对病变部位的治疗效果,只能提高药物剂量增强治疗效果,而过量的药剂时常会引起病人脏器的损伤和后遗症,如脱发、内脏功能紊乱等。

  因此,如何帮助纳米载体逃脱机体的免疫清除,延长在生物体内的循环时间,已成科研人员的一个重点攻关方向。

  细胞膜表面抗体帮其“伪装”

  生物体内的天然红细胞可以越过血管屏障穿梭于血液组织之间,而不受免疫攻击,课题组研究人员告诉科技日报记者:“这主要是由于红细胞膜表面分布着大量的免疫识别抗体,容易通过免疫系统的识别”。那能否用血细胞膜“伪装”纳米药物载体来改善在生物体内的输运和循环呢?

  受此启发,科研人员使用天然红细胞膜包埋纳米载体表面可以实现这一目标。首先将天然红细胞膜分离囊泡化,再将其重构在纳米载体表面,这种经过天然红细胞膜“伪装”合成或组装的纳米载体,继承了天然红细胞膜的外源复合载体,能轻松地“骗过”机体内免疫系统,顺利通过免疫识别,从而延长了药物在血液中的循环时间,提升药物的给药效率。

  “应用红细胞膜‘伪装’的纳米载体,就如同身穿迷彩服隐身在草地里的‘士兵’,利用细胞膜表面大量分布的免疫识别抗体这一‘伪装’,从而通过血液中免疫细胞的检测,成功逃脱免疫系统的清除。”研究人员形象地解释说。

  此外,进一步的研究发现,在细胞膜“伪装”技术的帮助下,纳米药物载体不仅轻松地逃脱免疫清除,有助于其在血液里的循环时间,还能提高其生物相容性,降低在内脏器官中的富集和毒副作用。

  模仿多种细胞并“靶向”给药

  自从天然细胞膜“伪装”纳米载体的这一设想提出以来,立即受到广大科研人员的特别关注。事实上,研究细胞膜“伪装”材料的出发点,是依靠病变体内的细胞膜来伪装药物载体,从而通过免疫系统的识别,达到治疗的目的。那纳米载体是否可根据功能的需要,来选择相应的细胞膜进行“伪装”,进行相关医学研究呢?

  记者了解到,该研究团队近几年来基于红细胞膜伪装材料的研究,开发了一系列使用免疫细胞膜如白细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等“伪装”的纳米药物载体。“除此之外,肿瘤细胞、细菌同样可以用来制备细胞膜伪装的纳米载体,利用肿瘤细胞和细菌膜表面的特性蛋白激活免疫系统,提高机体的抵抗和清除病源体的能力”。

  相对于传统的纳米载体,这些新型药物载体在功能上更为多样化,可用于探索血液净化、药物输送、光动治疗肿瘤等潜在应用研究,还能利用细胞膜上的特异性识别蛋白实现对病变部位的靶向给药,以显著提高病变部位的治疗效果。

  其中在光动治疗方面,该研究团队通过外磁场引导,使红细胞膜伪装的负载光敏剂的磁性纳米载体能够高效富集在肿瘤部位,在光照下,原位产生的活性单线态氧能引发胞内毒素抑制肿瘤细胞的扩增与繁殖,而致使肿瘤组织的坏死,实现了提高治疗效果的目的。

  目前,用天然红细胞膜伪装的纳米药物载体的研究还停留在实验室研究阶段,在实用上的突破还需要与材料和医学领域的科研人员共同努力。其中技术难点之一就是健康新鲜的天然细胞膜的来源,以及提取及与药物载体的共处理过程。由于这方面的研究刚刚起步,许多技术尚需完善。

  “不过可以预言的是,在未来医学研究中,这种思想将会极大地启发科研人员在治疗某些坏损的组织和器官时,可利用机体正常的细胞重造受损组织,实现组织和器官的再生。”相关专家表示。