第一作者：何偉、邢續(xù)揚、王曉玲
通訊作者：郭俊凌、Samir Mitragotri
通訊單位：四川大學(xué)、哈佛大學(xué)
核心內(nèi)容：
1．匯總了已上市以及臨床研究階段的生物藥納米制劑，并著重介紹了近些年新型納米載體在生物藥遞送中的應(yīng)用與進展。
2. 系統(tǒng)地闡述了生物藥納米制劑主要的入胞機制，總結(jié)納米制劑通過溶酶體逃逸途徑來實現(xiàn)生物藥胞內(nèi)遞送的策略，同時重點介紹納米制劑通過非溶酶體途徑直接將生物藥遞送入胞的途徑。
生物藥物面臨的挑戰(zhàn)
在人類對抗各種重大疾病或罕見疾病的過程中，生物藥物從未缺席過，從1981年開始的乙肝疫苗上市，1982年胰島素的臨床應(yīng)用，到1996年基因治療致死事件引發(fā)的各種質(zhì)疑，2011-2015年GLP-1、CTLA-4、PD-1等的成功開發(fā)，2018年siRNA的上市，再到目前全人類在孜孜以求的COVID-19疫苗，生物藥物的研究與開發(fā)可謂坎坎坷坷。近年來取得了明顯的突破，生物藥物的研發(fā)已勢不可擋，呈現(xiàn)快速增長的勢頭。但由于結(jié)構(gòu)的特殊性與內(nèi)在特點等，低生物利用度與給藥的不便捷性已經(jīng)成為限制生物藥物應(yīng)用的瓶頸。為了解決此問題，可以利用納米載體對生物藥物進行胞內(nèi)高效遞送，從而更好地發(fā)揮生物藥的療效。
綜述簡介
有鑒于此，四川大學(xué)“高層次海外人才計劃”郭俊凌教授，哈佛大學(xué)工程院及醫(yī)學(xué)院雙院院士Samir Mitragotri教授，以及中國藥科大學(xué)何偉副教授團隊系統(tǒng)討論和總結(jié)了近些年新型納米載體用于大分子藥物細胞內(nèi)遞送的最新進展；系統(tǒng)地闡述生物藥納米制劑主要的入胞機制，為新型制劑開發(fā)設(shè)計以及其在生物藥胞內(nèi)高效遞送方面提供新的思路。
圖1. 生物制藥的典型臨床應(yīng)用的示意圖。
要點1：納米粒子的細胞攝取機制
納米粒子（NPs）可以通過內(nèi)吞作用進入細胞，在這個過程中，細胞膜吞噬NPs并分裂后在細胞內(nèi)形成一個獨立的囊泡。內(nèi)吞作用機制包括吞噬作用、巨胞飲作用、網(wǎng)格蛋白和小窩蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，以及網(wǎng)格蛋白和小窩蛋白獨立途徑。吞噬主要發(fā)生在免疫細胞，如樹突狀細胞、T細胞、B細胞、中性粒細胞和巨噬細胞，作為清除異物的手段。
圖2. 主要內(nèi)吞作用示意圖。
要點2：通過內(nèi)涵體逃逸的細胞溶質(zhì)傳遞
具有增強內(nèi)體逃逸能力的納米顆粒是生物遞送的最佳選擇。用于生物制劑內(nèi)吞和遞送的常用納米顆粒包括脂質(zhì)體和脂基NPs、聚合物膠束和聚合物NPs、脂-聚合物混合NPs、納米晶體以及無機NPs，如金NPs、磁性NPs、碳納米管、石墨烯、量子點和硅NPs。核內(nèi)體逃逸的機制涉及核內(nèi)體膜的不穩(wěn)定，通過增加核內(nèi)體膜和核內(nèi)溶劑（如pH敏感的溶膜化合物或聚合物）之間的相互作用。目前，核內(nèi)體逃逸的主要策略包括：（1）核內(nèi)增強劑使核內(nèi)體溶解；（2）核內(nèi)體膜孔形成；（3）高pH緩沖劑介導(dǎo)質(zhì)子海綿效應(yīng)；（4）通過融合劑干擾內(nèi)吞體膜形成膜融合；（5）光敏劑對內(nèi)體膜進行光化學(xué)破壞。
圖3. 五種策略的示意圖，以實現(xiàn)成功的內(nèi)體逃逸。
內(nèi)體孔的形成是由促進孔放大的膜張力和趨向于關(guān)閉孔的線張力之間的平衡決定的。縮氨酸等促孔劑通過與孔的邊緣結(jié)合，降低了線張力，促進了穩(wěn)定孔的形成。
圖 4. 肽（矩形）和脂雙層之間的相互作用。
孔隙的形成類似于一個相變過程，當陽離子脂質(zhì)體被包裹在核內(nèi)體中，通過破壞核內(nèi)體膜的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)反六邊形相變，促進非雙層結(jié)構(gòu)和局部孔的形成。
圖 5. 質(zhì)粒DNA -陽離子脂質(zhì)復(fù)合物(脂質(zhì)體)中陽離子脂質(zhì)介導(dǎo)的質(zhì)粒胞內(nèi)傳遞模型。
要點3：細胞內(nèi)直接遞送
雖然已經(jīng)開發(fā)了各種方法來加強核內(nèi)體逃逸，包括直接胞漿遞送繞過核內(nèi)體包裹和完全通過將生物直接遞送到細胞漿而逃逸，這些途徑包括小窩介導(dǎo)途徑、
接觸釋放和膜間轉(zhuǎn)移、膜融合、胞內(nèi)直接易位、膜破裂和顯微注射。討論了細胞內(nèi)直接遞送策略以及它們的優(yōu)缺點，這些策略已經(jīng)被開發(fā)出來以解決胞漿遞送的挑戰(zhàn)。
圖 6. 通過使用納米顆粒實現(xiàn)貨物直接胞漿傳遞的五種方法的示意圖。
總結(jié)與展望
1. 納米載體的藥物遞送技術(shù)的挑戰(zhàn)
（1）納米載體進行細胞內(nèi)藥物遞送并發(fā)揮功效主要受內(nèi)在化方式和細胞內(nèi)運輸?shù)目刂啤?/span>NPs的內(nèi)吞作用是一種主要途徑，但核內(nèi)體包裹導(dǎo)致了胞漿遞送的可能性降低。
（2）用于誘導(dǎo)核內(nèi)體逃逸的材料可能受到毒性的限制。
（3）直接胞漿內(nèi)給藥是一種有前景的生物制劑胞內(nèi)給藥策略，因為它能將幾乎100%的包裹物送到細胞質(zhì)中，但存在安全問題需要解決。
（4）在膜破裂的情況下，復(fù)雜的設(shè)計和缺乏生物相容性嚴重阻礙了許多納米載體的應(yīng)用。
（5）傳統(tǒng)的探針通常用于跟蹤NPs在細胞中的傳輸，但它們無法區(qū)分納米粒子封裝的探針信號和釋放探針產(chǎn)生的信號。不明確的信號導(dǎo)致NPs的胞內(nèi)釋放難以定量，影響了NPs的合理設(shè)計。
2. 納米載體的藥物遞送技術(shù)的研究方向
（1）采用其他的藥物遞送方法或者降低納米粒子潛在毒性，同時改善胞漿內(nèi)給藥差的問題。
（2）安全性高又具有可伸縮性的NPs將繼續(xù)成為轉(zhuǎn)化生物學(xué)的重點。
（3）使用非天然碳水化合物的代謝性低聚糖代謝細胞標記和成像技術(shù)可能具有較高的生物相容性和特異性，可有效評估納米載體的細胞藥代動力學(xué)。
（4）采用基于聚集引起的猝滅、聚集誘導(dǎo)的發(fā)射、f?rster共振能量轉(zhuǎn)移的環(huán)境響應(yīng)熒光探針等技術(shù)量化納米載體并準確監(jiān)測的潛在工具。
納米載體研究用于大分子藥物細胞內(nèi)遞送，蘊藏著巨大的機遇和挑戰(zhàn)！
參考文獻
He, Wei, Xuyang Xing, Xiaoling Wang, Debra Wu, Wei Wu, Junling Guo*, and Samir Mitragotri*. "Nanocarrier-Mediated Cytosolic Delivery of Biopharmaceuticals." Advanced Functional Materials (2020): 1910566.
DOI: 10.1002/adfm.201910566
https://doi.org/10.1002/adfm.201910566
作者簡介
郭俊凌教授簡介：“國家高層次海外人才計劃”，四川大學(xué)“雙百人才”工程項目獲得者郭俊凌教授，博士生導(dǎo)師，墨爾本大學(xué)化學(xué)與分子生物學(xué)博士，美國哈佛大學(xué)Wyss仿生工程研究中心Wyss Fellow，依托四川大學(xué)國家“雙一流”重點建設(shè)學(xué)科，課題組構(gòu)建了生物質(zhì)先進材料與納米界面研究中心（bmicenter.org）。近年來，團隊相關(guān)研究以在Science《科學(xué)》、Nature Nanotechnology《自然-納米技術(shù)》、Energy & Environmental Science《能源與環(huán)境科學(xué)》、Angewandte Chemie《德國應(yīng)用化學(xué)》等國際頂級期刊上發(fā)表，多項突破性研究也被國際著名的“F1000創(chuàng)新型學(xué)術(shù)評價系統(tǒng)”評為領(lǐng)域重大研究，被Nature Nanotechnology《自然-生物技術(shù)》等學(xué)科頂級雜志選為特別專題與研究熱點。
生物質(zhì)先進材料與納米界面研究中心（bmicenter.org）是一個高度跨學(xué)科的研究團隊。團隊旨在對生物質(zhì)資源的高值轉(zhuǎn)化利用，構(gòu)建全生物基的新型功能材料，并探索材料微觀結(jié)構(gòu)、界面行為、生物納米相互作用等基礎(chǔ)科學(xué)問題。研究方向主要涉及“金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)MPNs”先進材料的研究與工程應(yīng)用、生物質(zhì)界面前沿科學(xué)的研究和應(yīng)用開發(fā)，致力于環(huán)境科學(xué)與工程、先進生物醫(yī)學(xué)工程等前沿領(lǐng)域的基礎(chǔ)及工程研究。團隊依托四川大學(xué)國家“雙一流”重點建設(shè)學(xué)科，搭建了國內(nèi)頂尖的科研平臺，擁有豐富的科研資源和頂尖的科研設(shè)施。本團隊鼓勵國際合作、多學(xué)科交叉、跨領(lǐng)域交流、以及先進技術(shù)轉(zhuǎn)化。研究中心與美國，澳大利亞，芬蘭等多國著名研究機構(gòu)和大學(xué)建立了穩(wěn)定而深入的合作關(guān)系，每年推薦優(yōu)秀成員到哈佛大學(xué)，MIT，墨爾本大學(xué)，東京大學(xué)等世界一流大學(xué)學(xué)習(xí)交流。BMI研究中心歡迎優(yōu)秀博士、碩士研究生申報，并招收博士后、研究助理2名（碩士及以上學(xué)歷）。
聯(lián)系方式
郭俊凌教授，郵件標題注明：博士生/研究生申請+姓名+畢業(yè)學(xué)校。
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