细胞膜仿生修饰纳米粒肿瘤治疗的研究进展

 翁金亮

 广州创赛生物医用材料有限公司 510000 广州

摘要：几个世纪以来，肿瘤一直是危害人类生命和健康的主要疾病之一，传统的肿瘤治疗方法包括手术切除病灶、化学药物治疗和放射治疗。但这些方法都存在一些弊端，如手术未切除肿瘤细胞的增殖、扩散，导致复发率；化疗、放疗缺乏对肿瘤组织的特异性选择，对正常组织、器官产生严重的副作用。因此，研发疗效更强、具有肿瘤特异性靶向、副作用更少的治疗方法一直是肿瘤防治领域的热点和焦点。本文主要分析细胞膜仿生修饰纳米粒肿瘤治疗的研究。

关键词：细胞膜仿生修饰，纳米材料，肿瘤治疗，免疫逃逸，靶向化疗

引言

细胞膜仿生修饰纳米粒通过将天然或仿生细胞膜材料修饰于合成纳米粒（nanoparticles, NPs）表面，得到的纳米粒具有高度可控的生物学功能。细胞膜仿生修饰纳米粒（cell membrane biomimetic modified nanoparticles, CMBMNPs）不会破坏NPs原有的物理化学性质，同时还赋予NPs细胞膜的生物学功能，利用细胞膜表面蛋白质和多糖的功能使NPs避免被免疫系统攻击。与未进行细胞膜仿生修饰的NPs相比，修饰后的NPs具有更长的体内循环时间。同时，细胞膜修饰策略可以提高NPs的肿瘤靶向能力，而不同的细胞膜来源可赋予NPs多样的肿瘤治疗作用。这使CMBMNPs在肿瘤治疗领域表现出巨大潜力。

1、药物共递送策略

多功能纳米粒往往因其具有能够同时包载两种或两种以上不同极性或不同尺寸的药物的特性，深受研究者青睐。有学者通过设计纳米共递送系统，除输送传统化疗药物外，同时递送一到两种膜转运蛋白相关抑制剂达到干扰细胞膜转运蛋白外排药物的目的，借此对抗肿瘤。多药耐药性 (multidrug resistance, MDR)逆转剂可以通过与药物底物竞争性结合P-gp位点降低抗肿瘤药物的外排作用。使用多功能纳米粒同时负载抗肿瘤药物及MDＲ逆转剂，可作为克服MDＲ的手段之一。以维拉帕米为代表的钙离子通道阻滞剂在临床中常运用于治疗心律失常。与此同时，维拉帕米还可作为药物竞争底物与Pgp结合使其对抗肿瘤药物的外排减少。然而，这类逆转剂往往会因为抑制转运蛋白所需要的剂量过高修饰的脂质体作为纳米载体共同递送维拉帕米和化疗药阿霉素，不仅证实DOX在维拉帕米的协同效应下对耐药细胞的细胞毒性明显增强，而且发现纳米粒对药物的缓释效应降低了维拉帕米对心脏的毒副作用。他们选择作为MDＲ逆转剂并报道一种具有高度生物相容性的纳米胶束用于递送FG020326，并采用纳米胶束和长春新碱对KBv200/VCＲ细胞株进行序贯给药，结果显示在叶酸靶向和FG020326介导MDＲ逆转的作用下，VCＲ对细胞株的半抑制浓度由合并纳米胶束前的0.3160μmol/L降至0.0046μmol/L，证明靶向型载MDＲ逆转剂多功能纳米粒可以提高化疗药对耐药细胞的敏感。有研究认为化疗药物可以与通过凋亡信号分子神经酰胺联合，从而促进细胞凋亡达到下调ABCD1转运蛋白的目的。将紫杉醇共同包封在PEG-PCL纳米粒中，通过对卵巢癌野生型SKOV-3和耐药型SKOV-3TＲ细胞株皮下移植瘤模型采用该纳米粒治疗后发现，载CEＲ和PTX纳米粒对SKOV-3以及SKOV-3TＲ肿瘤生长抑制效率分别是对照组的4.3和3.0倍;药效动力学结果显示，递送PTX的纳米粒对肿瘤的抑制时间可由单独使用PTX的6.6d延长至12.3d，证明该方法能有效增强化疗药物对肿瘤的治疗作用，抑制肿瘤生长。姜黄素是一种由植物根茎中提取的二酮类化合物。有研究表明姜黄素可以抑制3种主要的耐药相关蛋白达到逆转MDＲ的作用。人工合成的载双药双嵌段纳米胶束与人乳腺癌MCF7-7/ADＲ耐药株共孵育48h，结果显示该细胞株中P-gp的表达得到显著下调，ATP水解是细胞膜转运蛋白能量的主要来源，该研究显示采用CUＲ/DOX胶束可使细胞内ATP水解减少45%，而单纯DOX组仅减少9%，表明CUＲ介导的外排泵的下调可能与阻断ATP水解供能有关。随着对肿瘤耐药机制研究的逐渐深入，目前以代司朴达、比立考达为代表的第二代MDＲ逆转剂已经研发完成，在具备与细胞膜转运蛋白更高亲和力的同时也降低了药物的毒副作用。此外，第三代MDＲ逆转剂也已经进入Ⅲ期临床实验。［1］据报道，该类逆转剂可以避免影响其他ABC相关转运蛋白的功能，效果更优于前两代。

2、细胞膜仿生修饰纳米粒的制备方法和特征分析方法

2.1分离细胞膜

分离细胞膜颗粒需要三个步骤:细胞采集、分析和超离心。总之，有必要从血液、细胞系或生物体中提取足够数量的靶细胞，对采集的细胞进行低血压处理或反复冻融循环，然后进行高速离心脱除细胞内含量。接下来，用缓冲蛋白抑制剂多次冲洗所得颗粒，得到细胞膜悬浮。超声均化后得到尺寸不均匀的囊泡。来保证膜的质量。

2.2融合细胞膜与纳米粒

提取细胞膜或纳米粒子核后，可以得到细胞膜修饰过的纳米粒子。该步骤确定了药物输送系统的最终负荷、粒度和封装效果，是成功制备的重要步骤。传统的制备方法是共培养法和搅拌混合法，但这两种方法膜涂层效率低，膜损耗大。

2.3超声法

超声波是另一种常见的融合方法。超声产生的空化气泡用于破坏膜结构，形成囊泡。囊泡和纳米粒子一起孵育，使膜围绕纳米粒子重新组合。为了提高封装效果，减少蛋白质变性，需要调整超声波功率、频率和持续时间等各种参数。因此，与共挤法相比，时间更长，难度更大。但是，根据参数优化，这种方法对于创建大量cmbmnps较为简单且成本较高［2］。

2.4微流控电穿孔方法

微流体电泳原理与超声相似。采用这种方法，纳米粒子进入细胞膜并通过电脉冲封装。电铸微流控芯片由5个部分组成，包括2个进气、1个y形混合通道、1个s形混合通道、1个电铸区和1个出口。纳米粒子和细胞膜泡分别从两个入口注入微流体芯片，然后完全混合在s形通道中。当混合物通过电泳区域时，电脉冲效应会立即导致膜内孔隙。具有良好涂层和高稳定性的纳米粒子可以通过脉冲电压、持续时间和流速的微调得到，但该器件的成本高于共挤出和超声方法。

3、肿瘤靶向化疗

血小板膜仿生修饰纳米粒PLT是血流不可或缺的组成部分，具有促进止血凝血、靶向血管损伤位点和维持血液循环完整性的能力。近年来，PLT与血液中循环肿瘤细胞之间的识别和相互作用引起了相当大的关注，围绕PLT聚集有助于在血流中存活并扩散到新组织中。这种特定聚集是由于P选择素和CD44受体的高亲和力，P-选择素是一种在PLT上表达的因子，而CD44在肿瘤细胞表达，P-选择素与CD44的特异结合有助于PLT靶向。最近Hu等人开发了靶向定点递送的功能性小分子药物血小板仿生纳米微粒。［5］靶向化疗由两个部分组成：（1）用于装载小分子药物的纳米凝胶为内芯部分；（2）以PLT膜为基础的外壳。同时该研究将肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体修饰于PLT膜表面，盐酸阿霉素装入PM-NV中制备了TRAIL-Dox-PM-NV.体内实验表明PM-NV拥有大量来自PLT的“自我识别”蛋白，最大程度地降低了体内免疫原性并延长了循环时间.更重要的是，PLT膜上携带的P-选择素可以特异性地结合肿瘤细胞膜CD44分子.使TRAIL-Dox-PM-NV可以靶向肿瘤细胞，在肿瘤部位蓄积［4］。同时，当PTRAIL-Dox-PM-NV在肿瘤细胞表面聚集时，可促进TRAIL与细胞膜之间的相互作用，并启动外源性细胞凋亡信号传导；当TRAIL-Dox-PM-NV被细胞内化后，溶酶体的酸性环境会介导TRAIL-Dox-PM-NV释放Dox使Dox在肿瘤细胞核中积累，协同诱导肿瘤细胞凋亡。

结束语

细胞膜仿生修饰的纳米粒拥有细胞膜的独特功能，例如免疫逃逸，体内延长循环时间或肿瘤靶向，这有助于NPs携带的药物有效积累于肿瘤部位，提高肿瘤治疗效果。T细胞、PLT、干细胞和癌细胞因具有肿瘤趋向性，所以其膜仿生修饰纳米粒常用于肿瘤靶向化疗.RBC作为一种可以逃避免疫清除的细胞，被广泛用于仿生修饰纳米粒进行肿瘤靶向化疗和光热诊疗。简言之，可以为特定的治疗方案选择合适的膜材料。另一方面通过混合不同的细胞膜，将不同细胞膜的功能进一步整合于NPs中，能够使NPs在肿瘤治疗中发挥联合治疗的效果。

参考文献：

［1］丛熙，樊建慧.P-糖蛋白对结肠癌多药耐药的影响［J］．中国生物化学与分子生物学报，2019，35(1):19-26.

［2］柳丹，李珊，赵红艳，等.多药耐药基因MDＲ1和细胞自噬在肿瘤多重耐药机制中的研究进展［J］．中国现代医学杂志，2018，28(24):38-42.

［3］潘雅娜，王雪，罗清.肿瘤微环境影响肿瘤多药耐药的研究进展［J］．重庆医学，2018，47(4):555-558.

［4］唐雪瑶，邱艳艳，殷佩浩.非细胞机制介导的肿瘤微环境与肿瘤多药耐药［J］．医学研究杂志，2018，47(6):3-5.

［5］陈敏，吴梅岭，范颖，等.一氧化氮负载的纳米材料作为化疗药物载体逆转肿瘤多药耐药性的研究进展［J］．药学学报，2018，53(10):1630-1636.