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溶質(zhì)包封納米粒作為支化兩親肽膠囊載體的研究進展

評論文章一篇關(guān)于溶質(zhì)包裹納米顆粒作為遞送系統(tǒng)的綜述，重點放在分支兩親肽膠囊上希拉 · M · 巴羅斯 a，b，蘇珊 · K · 惠特克 a，皮納金 · 蘇克謝拉 a，1，L · 阿德里亞納 · 阿維拉 a，2，蘇珊 · 古德勒 a，3，馬特 · 華納 a，愛德華多 · I.C. 貝爾特拉奧 ~ b，約翰 · M · 托米奇 a，* a 生物化學(xué)和分子生物物理學(xué)系，堪薩斯州立大學(xué)，曼哈頓，KS 66506，美國伯南布哥大學(xué)生物化學(xué)系，累西腓，伯南布哥，50670-901，巴西

目前正在制定各種策略來改善藥物的傳遞和提高藥物的生物半衰期。為了解決這些問題，藥物傳遞技術(shù)依賴于不同的納米分子，包括: 脂質(zhì)囊泡，病毒衣殼和納米粒子。肽是許多這些納米材料的組成部分，克服了與脂質(zhì)或病毒傳遞系統(tǒng)相關(guān)的一些局限性，如可調(diào)性、穩(wěn)定性、特異性、炎癥和抗原性。本文綜述了自組裝形成囊泡/膠囊的生物載藥納米材料的研究進展。而脂質(zhì)囊泡是突出的結(jié)構(gòu)，肽為基礎(chǔ)的構(gòu)建正在出現(xiàn)，特別是肽雙層劃分的膠囊。新型生物材料支化兩親肽膠囊(BAPCs)具有許多優(yōu)良的性能。這些納米球由兩個支化肽 dbis (FLIVI)-K-KKKK 和 bis (FLIVIGSII)-K-KKKK 組成，設(shè)計用于在分子結(jié)構(gòu)中模擬二?；姿岣视王ァＫ鼈兘?jīng)過超分子自組裝，形成溶劑填充的雙層膠囊，根據(jù)退火溫度和時間的不同，膠囊的尺寸從20nm 到2mm 不等。它們能夠包裹不同的熒光染料，治療藥物，放射性核素，甚至小的蛋白質(zhì)。雖然與脂質(zhì)囊泡具有許多共同特性，但是 BAPC 更加強大。對它們的穩(wěn)定性、大小、細(xì)胞攝取和定位、細(xì)胞內(nèi)滯留以及在培養(yǎng)和體內(nèi)的生物分布進行了分析。1.藥物研究的目標(biāo)是以安全和可重復(fù)的方式將適當(dāng)劑量的藥物遞送到靶向細(xì)胞或組織中[1]。雖然在定義基本的生物過程和發(fā)現(xiàn)與這些分子相互作用的化合物方面已經(jīng)取得了巨大的進展，但是將這些發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為*的治療方法卻落在了后面。對于這種失誤，人們經(jīng)常提到將治療部分輸送到具有最小脫靶損傷的選擇性組織的局限性[1,2]。新型分子藥理學(xué)試劑具有已證實的生物活性，但水溶性有限或體內(nèi)循環(huán)半衰期短，將面臨實質(zhì)性障礙。這些遞送障礙限制或減少治療活性，不利于潛在的藥物感興趣的化合物進入臨床藥物試驗[1]。傳統(tǒng)的藥物管理模式，如藥丸，靜脈注射液，軟膏，吸入器等，沒有達(dá)到這些期望。以口服途徑為例，由于其微創(chuàng)性質(zhì)，是常用和選的給藥方式之一。然而，由重組生物技術(shù)的新進展推動的肽和蛋白質(zhì)候選藥物的充分遞送[2] ，通過這種途徑是無效的[3,4]?？朔S多障礙，包括人類胃的酸性環(huán)境，蛋白水解降解，有限的腸道攝取和肝臟的首過效應(yīng)是不可少的。所有這些因素都會減少、改變和阻斷幾乎所有生物大分子藥物的吸收[5,6]。自組裝納米載體(圖1)有望作為載體，克服困擾某些類別藥物的許多不良吸收問題。疏水性和親水性小分子、蛋白質(zhì)和核酸都可以結(jié)合在這些納米材料的隔室內(nèi)并在體外或體內(nèi)傳遞。自組裝載體可以分為若干類別，這取決于它們是實心的還是空心的以及由它們組成的材料。它們可以根據(jù)是否含有天然或合成聚合物進一步分類。聚合囊泡在穩(wěn)定性、儲存性和可調(diào)性方面比天然脂質(zhì)體更具優(yōu)勢。通過聚合囊泡的藥物輸送增加了藥物的穩(wěn)定性，延長了血液循環(huán)的時間，可以被設(shè)計為控制釋放。大多數(shù)聚合體和肽兩親分子具有較低的“臨界組裝濃度”(CAC) ，其值與臨界膠束相似 濃度(CMC) ，用于描述形成脂質(zhì)囊泡所需的低濃度。他們的 CAC 下降在106e107M 范圍內(nèi)，比大多數(shù)表面活性劑(103e104M)低1000倍[7,8]。這使得有效載荷的保留時間更長，并改善了向身體遠(yuǎn)端區(qū)域的輸送。文獻(xiàn)綜述揭示了過多的化合物包封和成功地提供了體外和體內(nèi)使用聚合囊泡。這些包括各種抗癌藥物，蛋白質(zhì)如肌紅蛋白，血紅蛋白和白蛋白，熒光分子，質(zhì)粒和 siRNA。Levine 等人(2008)的綜述[9]總結(jié)了與癌癥診斷和治療有關(guān)的聚合體研究的文獻(xiàn)，更詳細(xì)地說明了已經(jīng)開發(fā)的聚合體和貨物的類型。聚合物囊泡在包裹熒光劑時也可用作診斷工具和光學(xué)成像。一個例子是封裝基于卟啉的近紅外(NIR)熒光團，即使通過1厘米的實體瘤也能產(chǎn)生信號[10]。當(dāng)這種納米囊泡被注射到動物體內(nèi)時，它們的生物分布可以通過非侵入性的近紅外光學(xué)方法來監(jiān)測，這樣就不需要犧牲動物了。這些納米囊泡的表面可以與各種配體分子功能特異性上調(diào)表面受體病細(xì)胞。這種針對具體地點的遞送減少了使用傳統(tǒng)遞送路線觀察到的潛在全身副作用。一些配體分子試圖包括各種抗體，轉(zhuǎn)錄反式激活因子(TAT)肽和抗 HER2/neu 肽模擬肽(AHNP)肽。納米載體已被證明可以改善這些藥物的藥理特性。納米技術(shù)用于藥物遞送已被證明可以增強難溶性藥物的遞送，促進以細(xì)胞/組織特異性方式的藥物靶向，并且能夠共同遞送兩種或更多藥物以及更大的大分子藥物的細(xì)胞內(nèi)遞送。通過提高這些藥物的療效，新的候選藥物在臨床試驗中取得了進展，安全性和有效性得到了改善[11]。納米技術(shù)在藥物輸送方面的應(yīng)用預(yù)計將在可預(yù)見的未來改變制藥和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的格局[11e14]。截至2013年，已有近250種基于納米技術(shù)的藥物獲得批準(zhǔn)或正處于不同的臨床研究階段[15e17]。納米顆粒是10-200nm 的膠體大分子納米載體系統(tǒng)，被認(rèn)為具有潛力有吸引力的候選人的包封和包封的疏水性藥物。固體納米顆粒可以定義為納米膠囊-活性藥物分子被包裹在載體內(nèi); 或基于基質(zhì)的納米球-其中藥物分子被吸附并分散在整個納米材料中[18]。納米顆?？梢酝ㄟ^“自上而下”或“自下而上”的方法進行設(shè)計[19]。在前者中，較大的材料被分解成較小的顆粒，而自下而上的方法涉及在受控反應(yīng)中熱力學(xué)調(diào)節(jié)的納米材料的多步合成[20]。合格的納米載體在適當(dāng)?shù)臅r間框架內(nèi)安全、選擇性地、可靠地將所需劑量的治療劑遞送到目標(biāo)部位[3,13,20,21]。理想的納米載體具有幾個理想的特性: 它們應(yīng)該減少所需的活性化合物的濃度，因為藥物不再系統(tǒng)地分布[22] ，并且由于改善了組織和器官靶向而增強了生物分布的藥代動力學(xué)[12,23 e25]。這種優(yōu)先遞送以及粒子以持續(xù)或刺激觸發(fā)方式釋放藥物的能力將減少脫靶效應(yīng)并降低細(xì)胞毒性。利用納米載體的另一個優(yōu)點是改善了疏水性藥物在水中的傳遞，從而通過腸外給藥提高了它們的傳遞。基于納米載體的遞送系統(tǒng)也被證明可以改善各種疏水部分和肽類藥物的半衰期[26 e28]。此外，基于納米技術(shù)的由生物相容性分子組成的運載工具[29e32]被認(rèn)為是現(xiàn)有已知會導(dǎo)致周圍經(jīng)病變和過敏的更安全的替代品[33,34]。對納米傳輸系統(tǒng)的研究涉及到許多設(shè)計元素。除了正在開發(fā)的納米載體之外，大量可用的納米載體呈現(xiàn)出具有各種結(jié)構(gòu)、功能和物理化學(xué)特征的納米系統(tǒng)，這些特征轉(zhuǎn)化為特定情況下的優(yōu)勢和/或局限性。其中包括(i)組成材料的生物相容性; (ii)簡單而穩(wěn)健的組裝過程; (iii)功能化/預(yù)功能化能力; (iv)細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定性和生物降解性; (v)長循環(huán)半衰期; (vi)與易吸收的細(xì)胞相容的尺寸，電荷密度，表面親水性和靈活性; 以及(vii)可忽略的免疫原性。有人指出，納米粒子制造和功能化所涉及的復(fù)雜性導(dǎo)致批量間的變化，從而導(dǎo)致質(zhì)量和純度問題[3]。通過預(yù)先功能化生物材料的自組裝介導(dǎo)的單步合成來開發(fā)靶向納米載體將通過簡化這些系統(tǒng)的優(yōu)化和可擴展制造來緩解這些擔(dān)憂[35e38]。盡管納米醫(yī)學(xué)最近取得了進展，但仍然存在一些挑戰(zhàn)1)克服物理化學(xué)和生物學(xué)障礙，如低穩(wěn)定性，低滲透性，半衰期短，酶易感性，靶向性和2)免疫原性[5]。盡管這些納米治療產(chǎn)品中的大多數(shù)已經(jīng)提高了臨床批準(zhǔn)的藥物的藥效，但是納米技術(shù)作為一個整體還沒有產(chǎn)生*新的治療方法[11]。2.自組裝納米粒子的結(jié)構(gòu)生物分子的自組裝現(xiàn)象是一種常見的自然現(xiàn)象。組裝的多蛋白復(fù)合物是許多細(xì)胞功能所必需的。甘油二酯-磷脂組裝負(fù)責(zé)各種細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。在脂質(zhì)和肽的情況下，自組裝分子是兩親性的，并且由疏水和親水結(jié)構(gòu)域組成。這些結(jié)構(gòu)域可以沿著分子的長度或者沿著折疊分子的確定面在空間上分開[39]。親水部分可以不帶電(極性)或帶電(陽離子，陰離子或兩性離子)[40]。雖然這些片段在脂質(zhì)中空間分離，但在兩親肽中，一級序列包含疏水和親水殘基的交替或隨機片段。反折疊成螺旋或 b 片，最終的功能結(jié)構(gòu)具有連續(xù)的疏水或親水殘基面，允許它們與溶劑、膜、配體或相鄰分子相互作用。生物大分子中的自組裝通常由弱的非共價相互作用促進，這種相互作用可以是氫鍵、范德華力、離子和靜電相互作用的任意一種或混合物。當(dāng)這種兩親性分子被引入到水環(huán)境中時，疏水性片段退火至排除水，從而提供了分子間和分子內(nèi)聯(lián)合輔助裝配的驅(qū)動力。分子的親水部分仍然暴露在水溶劑中。我們對兩親分子自我組裝的大部分理解來自于對脂質(zhì)的研究。模擬脂質(zhì)兩親分子的嘗試已經(jīng)涉及到許多不同類型的分子的設(shè)計和開發(fā)，其保留具有相對短的酰基鏈的兩親性質(zhì)[41,42]。脂質(zhì)和肽兩親分子聚集成許多納米和微型結(jié)構(gòu)，如膠束，囊泡或分子凝膠[43] ，由桿和小管[44] ，原纖維和纖維[45]組成，具有有序的結(jié)構(gòu)。膠束采用球形、蠕蟲狀或圓盤狀結(jié)構(gòu)[46e51]。*由脂質(zhì)組成的囊泡稱為脂質(zhì)體，但存在其他非脂質(zhì)囊泡類型: 囊泡體，原核體，多面體囊泡體，聚合體和由肽兩親自組裝形成的囊泡[52]。最后，不屬于這些常見類別的結(jié)構(gòu)可以多樣化，如雙錐體，層狀，六角相，立方相，二十面體，籠狀，高軸向比例微結(jié)構(gòu)(HARM)[53e55]和髓鞘原纖維[40]。單個分子內(nèi)部和相互作用力的能量學(xué)、幾何約束和強度決定了組裝的最終結(jié)構(gòu)。影響最終組裝的其他因素有 pH 值、溫度、溶劑的離子強度以及單體的濃度。使用單體的包裝參數(shù)可以預(yù)測組裝的有利結(jié)構(gòu)[56]。填充參數(shù)取決于頭基 a0的面積，烴鏈或鏈的摩爾體積 n，以及單體的擴鏈長度 l0: 雖然兩親分子的頭基團在預(yù)測組件的總體形狀和大小中起關(guān)鍵作用，但尾部區(qū)域指導(dǎo)球形膠束，棒狀膠束和球形雙層囊泡的形成[43]。雖然已有大量的文章對自組裝分子采用的不同形態(tài)進行了綜述，但這篇綜述涉及球形聚集體，即膠束和囊泡的研究。膠束組件2.1.1。單體膠束膠束是簡單的兩親性組裝。它們可用于將疏水分子包裹在其疏水核內(nèi)(圖2)。由硫酸化?；?span>(即十二烷基*、十二烷基*)組成的洗滌劑膠束采用這種結(jié)構(gòu)。在低于 CMC 的濃度下，兩親分子作為單體存在，但當(dāng)單體濃度超過 CMC 時，它們開始組裝形成穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)與溶液中的單體處于動力學(xué)平衡。CMC 受到兩親體濃度的進一步增加的影響，這可能導(dǎo)致整體形狀(盤狀、棒狀或液晶相)的變化，從而允許人們調(diào)整最終組件的整體形狀和大小。脂質(zhì)膠束的直徑范圍從10到100nm，并表現(xiàn)出核殼結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)部是疏水的，包裹親脂性藥物[57]。膠束表現(xiàn)出的 CMC 和結(jié)構(gòu)特征是其親水性和疏水性塊狀組分的性質(zhì)的函數(shù)。 Yu 和 Eisenberg [58]根據(jù)溶劑條件和疏水性和親水性片段的相對大小產(chǎn)生了各種膠束構(gòu)象，如球體，棒，囊泡，小管和片層。這些不同的結(jié)構(gòu)時，他們的藥物傳遞能力測試顯示不同的藥代動力學(xué)特性。[59e63] 2.1.2.共聚膠束共聚膠束是一種相對較新的構(gòu)建體，它包含了由嵌段共聚物制備的可生物降解的聚合物。嵌段共聚物是疏水性和親水性殘基的線性重復(fù)單元，共價連接使分子具有兩親性。K60L20是二嵌段共聚物的一個例子，其中由60個賴氨酸殘基組成的多肽與由20個殘基組成的多肽共價連接。殘基嵌段形成嵌段共聚物的疏水段，而帶正電荷的賴氨酸殘基形成更親水的段[64]。三嵌段共聚物與二嵌段共聚物相似，但在具有額外的疏水性或親水性片段方面有所不同，這些片段可以與現(xiàn)有的任何一個片段融合。一般來說，聚合物膠束由兩部分組成: 由不溶性疏水鏈段組成的核心殼和由可溶性親水鏈段組成的外電暈(圖3)。雖然具有核心顆粒和電暈的簡單球形膠束是常見的，但最近報道了更復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，類似于洋蔥樣膠束[65] ，殼交聯(lián)膠束[66] ，星形 Janus 膠束，允許在同一分子中進行兩種不同類型的化學(xué)相互作用[67e69]精神分裂癥雙嵌段共聚物膠束[70] ，多室漢堡膠束[71]。2.1.聚乙二醇化膠束。許多共聚物被用來制造膠束，但是生物相容性和生物降解性問題限制了它們在治療應(yīng)用中的應(yīng)用。通常，親水嵌段的選聚乙二醇是聚乙二醇(PEG)。在大多數(shù)膠束組裝中，PEG 的分子量往往超過疏水共轉(zhuǎn)化塊[73]。這個親水性的外部電暈區(qū)域傾向于圖。2.膠束的插圖。圖3。聚合物膠束。嵌段共聚物的自組裝和聚合-交聯(lián)的交聯(lián)的膝蓋型聚合物組裝，其中交聯(lián)的外殼可以用生物相關(guān)的配體修飾。[轉(zhuǎn)載自 Adv DrugDeliv。Rev，56(11) ，Tu 和 Tirll，仿生組件的自下而上設(shè)計，1537 e1563(2004)[42]經(jīng) Elsevier 許可]。變得水化導(dǎo)致外觀張開，產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)，如聚合物刷子[74]。這些構(gòu)象使膠束具有新的特性，抑制血清蛋白的結(jié)合和血液中的吞噬攻擊，從而降低網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)的清除率[75]。聚乙二醇化共聚物膠束也比傳統(tǒng)的表面活性劑具有更低的 CAC，從而降低細(xì)胞毒性[76]。高度水化的電暈和疏水核心產(chǎn)生介電梯度，有助于增溶一系列不同疏水性的非極化化合物[77]。膠束遞送系統(tǒng)，像許多其他系統(tǒng)一樣，通過增加循環(huán)半衰期和增加腫瘤積聚來積極影響藥物的生物分布和藥代動力學(xué)[78]。

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