药物传递系统的纳米药物传输系统

纳米技术为药物的传输提供了新的方式和途径，应用领域包括封装技术、可植入给药方法、显像剂和微针等，技术方面则涉及树脂、纳米管、富勒烯、纳米粒子、量子点和磁/电寻靶技术等，虽然到临床应用阶段还需一段时间，但其市场前景引起人们的强烈关注。另外，当今医药工业的关键问题是高额的研发经费和高经济利益药物的缺乏，纳米药物传输系统与普通的竞争产品有所差异，将有利于保护专利拥有者，帮助公司增加利润收益。因此，纳米药物传输系统成为纳米技术中的研究热点之一，以下将从专利、研究和市场三方面进行介绍和分析。

专利

以nano* and “drug delivery”为检索策略在欧洲专利局网站进行摘要检索，

共检索到25篇专利，其中重复4篇，有效专利21篇，列表如下： 专利号 公开日 申请国家 申请人 标题 WO2005092286 2005-10-06 美国 UNIV HOUSTON 新型纳米粒子和涂覆纳米粒子的不连续聚合物的制备及应用 US20050203613 2005-09-15 美国 LUCENT TECHNOLOGIES INC 药物传输支架 WO2005041908 2005-05-12 瑞士 FIRMENICH &CIE 基于无机纳米粒子的药物传输系统 US2005013935 2005-01-20 日本 NIPPON ELECTRIC CO 图形排列碳纳米材料结构及其制备方法 WO2004098574 2004-11-18 英国 UNIV BELFAST 纳米合成药物传递组合 WO2004096178 2004-11-11 英国 UNIV NOTTINGHAM 由包含脂肪乙二酸残余物和脂肪族多元醇残余物的聚酯组成的纳米和微米粒子药物传输系统 CA2527126 2004-10-14 加拿大 CELATOR PHARMACEUTICALS INC 用于治疗耐药性的运输治疗剂和至少一种耐药调解剂的纳米尺寸交通车 WO2004073794 2004-09-02 以色列 YISSUM RES DEV CO 电泳导入药物传输器件和方法 US2004161464 2004-08-19 以色列 EFRAT BIOPOLYMERS LTD 用于药物传输的聚合物分子式 JP2004016909 2004-01-22 日本 JAPAN SCIENCE &TECH CORP 纳米萃取方法和纳米萃取 WO03042251 2003-05-22 美国 PROCTER &GAMBLE 壳聚糖合成物 US2003095998 2003-05-22 美国 UNIV NORTH CAROLINA 纤维基纳米药物传输系统 JP2003275281 2003-09-30 日本 HOSOKAWA MICRON KK 包含药物的合成粒子生产方法 US2003031721 2003-02-13 美国 微米和纳米微粒药物及其制备方法 WO0230466 2002-04-18 美国 PURDUE RESEARCH FOUNDATION 亲水剂、聚合物和水凝胶的药物应用 JP2002138036 2002-05-14 中国台湾 SANTEN PHARMA CO LTD 控制药物缓释系统 US6495669 2002-12-17 美国 UNIV MISSOURI 纳米尺寸结构的制备 WO0031123 2000-06-02 爱尔兰 ELAN CORP PLC 靶向传输受体的缩氨酸及相关方法 US6165440 2000-12-26 美国 UNIV TEXAS 加强固体瘤药物传输的放射和纳米粒子 WO9918934 1999-04-22 美国 UNIV VANDERBILT 微米和纳米粒子聚合物传输系统 JP10101688 1998-04-21 日本 NISSAN CHEMICAL IND LTD 有机铋衍生物 下面对2005年公开专利的技术内容进行介绍：

日本电气公司的专利US2005013935，公开了一种图形排列碳纳米材料结构，可用于药物传输。具体方法是：将碳纳米材料嫁接在多环芳香族分子上，固定在一个衬底表面和具有单层石墨结构的阳离子上，形成特定的图形排列。

瑞士FIRMENICH &CIE的专利WO2005041908，公开了一种基于无机纳米粒子的药物传输系统，这种纳米尺寸传输系统包括一种无机纳米粒子半族与至少一种有机前体香料或前体药物半族形成共价键。

美国朗讯科技公司的专利US20050203613，公开了一种可植入的药物传输支架，包括一种具有内表面和外表面的管状成分，特征在于：至少一个表面是疏水的，至少一个表面区域包括微结构或纳米结构阵列，所说的阵列使这个区域具有动力学控制疏水性。

美国休斯顿大学的专利WO2005092286，公开了一种纳米结构，可应用为药物传输系统，这种纳米结构有三种具体形式：纳米粒子核和纳米壳、纳米粒子核和纳米棒、纳米粒子核和纳米壳和纳米棒。纳米粒子壳具有一种导电材料，纳米壳或纳米棒具有另一种导电材料，这两种导电材料可以是相同的也可是不同的。

根据以上检索结果，美国申请的专利占总数的42%，日本占18%，可见在此研究领域，美国处于领先地位，日本紧随其后。

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纳米技术的主要用途有：疾病的早期检测与纳米药物；纳米机器人；纳米存储器；纳米绿色印刷制造技术；纳米催化等。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。

纳米技术，也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料。

纳米技术的主要用途如下：

1、疾病的早期检测与纳米药物

纳米材料在医药行业得到广泛应用。如根据量子点的荧光效应、磁性纳米材料的磁效应、纳米材料的吸附作用等，能够将检测的灵敏度大幅提高，有利于疾病的早发现。纳米颗粒作为药物载体，具有高度靶向、药物控制释放、提高药物的溶解率和吸收率等优点。一些纳米材料被证明本身即是高效的全新药物。比如说，现有的肿瘤治疗方法是建立在杀死细胞的基础上，它同时也杀死正常细胞。中国科学家研制出一种纳米药物（含钆金属富勒烯），它并不直接杀死细胞，而是通过改变肿瘤细胞的生长环境，将其“监禁”起来，阻止它们继续生长和转移。这种药物有可能改变现有的肿瘤治疗方法。

2、纳米机器人

纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。纳米机器人还可以用来进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行。医用纳米机器人目前还处在试验阶段，大到几毫米，小到直径几微米。但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。

3、纳米存储器

科学家预测，不久的将来可以用一个方糖大小的存贮器装下相当于100个美国国会图书馆的纸本信息。中国科学家提出了一种纳米环磁随机存储器的原理型器件设计结构，并制备出新型纳米环磁随机存储器的原理型演示器件。这种设计有望成为下一代磁随机存储器件的核心技术之一。

4、纳米绿色印刷制造技术

利用纳米功能材料亲水、亲油性质可控的特点，结合数字技术，中国科学家开发出无污染的绿色制版技术。这种新技术从源头上根除了印刷制版的污染，而且比传统技术的成本更低，印刷效果也更胜一筹。除了传统印刷领域，纳米材料还可以用于印刷电路板。

5、纳米催化

天然气是优质高效的清洁能源，主要成分为甲烷，它的选择活化和定向转化是当今催化领域中的一个难题。中国科学家研制的纳米催化剂可以将甲烷直接并高效地转化为乙烯等有机分子，降低了污染和能耗，提高了能源利用率。

UNAM大学里的研究人员发现，如果附加了α生育酚和β-胡萝卜素的纳米胶囊用在水果和新切蔬菜上，可分散、均匀地敷上一层薄层，形式灵活地抑制酶促褐变，延长其寿命。

“我们设计的这种微小的、用囊包着的产品是一种食品添加剂。类似于在纳米尺寸范围100~500纳米的球状结构之内放置活跃物质，如柠檬油、迷迭香或抗氧化剂α-生育酚、β-胡萝卜素。降出这个区域的活跃物质，使其通过壁迁移到水果实现保护。”这位学术负责人说道。然而，尽管目前在领域内取得了突破性的进展，但现在药物输送系统的精确度仍然达不到，可能的原因有很多，比如人体的复杂程度，再比如标记识别的不准确等，这都会影响药物释放的准确性。

华东理工大学的魏红竹和他的团队，对智能药物传递系统进行了概念验证的研究，在肿瘤的识别方便达前所未有的准确性。他们所设计的胶囊具有“逻辑性”，胶囊需要检测出两种不同的癌症信号，并且，还需要在特定的序列中，就会按照正确的顺序释放药物。

在这之前，研究人员设计的检测系统也都是能够检测出两种不同的标记系统，但通常两个当中检测到一个就会打开，所以准确率就大大降低了，而华东理工大学的团队所研制的胶囊需要检测到两个标记才能打开，所以准确率就大大增加了。癌症由于高的发病率和致死率,已经成为仅次于心脏病的“人类杀手”。然而,传统的癌症治疗手段包括手术、化疗与放疗虽然可以在一定程度上缓解病情,延长患者生命,却也给患者带来了极大的痛苦。例如手术产生大面积的创伤,化疗与放疗带来的毒副作用,以及多药耐药性导致治疗失败。因此,寻找有效的癌症治疗方法是目前医药领域研究的热点与难点。生物相容性纳米胶囊的出现为癌症的诊断和治疗提供了新的思路。纳米胶囊作为一种新型的药物载体,可以通过包裹疏水性化疗药物从而提高药物的溶解性,也可以包裹核酸提高其稳定性作为基因治疗药物。在载药纳米胶囊表面偶联靶向分子,使胶囊靶向到肿瘤病灶部位进行治疗,可以极大的提高治疗效果并降低对正常组织细胞的杀伤作用,是一种极具潜力的癌症治疗方法。本论文试图利用纳米胶囊(Nanocapsules,NCs)包裹化疗药物紫杉醇(Paclitaxel,PTX),并且在胶囊表面偶联特异识别肿瘤受体并诱导肿瘤细胞凋亡的TRAIL(Tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand)蛋白构建一种新型纳米胶囊靶向抗癌药物,以克服目前临床抗癌药物的缺陷并为后续抗癌药物开发和肿瘤临床治疗提供技术支持。首先通过薄膜水化法使嵌段共聚物Pluronic(?)F127(PEO10O-PP065-PEO10O)和Pluronic(?)P123(PE020-PP070-PE020)聚合形成纳米胶束,胶束内部负载疏水性抗癌药物紫杉醇,并加入硅烷水解产生二氧化硅沉积在胶束PEO与PPO界面形成硅壳,稳定胶束的结构形成纳米胶囊。随后,通过在胶囊表面偶联具有特异识别并诱导肿瘤细胞凋亡的TRAIL蛋白,为载药纳米胶囊提供靶向性。完成纳米胶囊靶向抗癌药物的制备之后,使用透射电子显微镜和动态光散射表征载药纳米胶囊的形貌与粒径,分光光度计与高效液相色谱测定载药纳米胶囊的载药量与药物缓释曲线。最后通过TRAIL敏感型肝癌细胞株HepG2体内体外实验检测所制备的靶向载药纳米胶囊对肿瘤的治疗效果,并通过TRAIL耐受型乳腺癌细胞株MCF-7的体内体外实验检测纳米胶囊对多药耐药性肿瘤的治疗效果。经过研究和实验,获得如下结论:(1)载药纳米胶囊组装及性能:制备的载药纳米胶囊为澄清液体,在激光照射下可以观察到明显的丁达尔效应。纳米胶囊在透射电子显微镜下呈现明显的壳层结构,胶囊大小均一,壳层厚度为5.28 nm。动态光散射测定载药纳米胶囊的光动力学粒径为24 nm,具有良好的分散性和溶液稳定性。紫杉醇纳米胶囊(PTX-NCs)的载药量为0.39%,包封率为26.5%,胶囊中紫杉醇浓度为265.4μ g/mL。纳米胶囊内部的紫杉醇稳定并缓慢地释放。在偶联剂EDC和NHS作用下,TRAIL蛋白表面的氨基与胶囊表面的羧基形成酰胺键而使TRAIL蛋白偶联到紫杉醇纳米胶囊表面。偶联产物通过亲和层析获得靶向抗肿瘤纳米胶囊药物 PFPSNT(PTX-F127/P123 silica nanoparticles-TRAIL)。(2)PFPSNT对TRAIL敏感的肝癌HepG2细胞和活体肝癌HepG2肿瘤的抑制效果:采用cck-8法测定纳米胶囊及药物对体外培养的HepG2细胞的抑制效果,结果表明,未负载药物的空胶囊对细胞无明显抑制效果,而实验组PTX、PTX-NCs、TRAIL、TRAIL-NCs以及PFPSNT对HepG2细胞的半致死剂量分别为671.4 μg/ml、626.5 μg/ml、5.515 μg/ml、4.883 g/ml、0.921 μg/ml。PFPSNT 对体外培养的 HepG2 具有良好的抑制作用。使用荧光染料Pyrene代替紫杉醇包裹进纳米胶囊并偶联TRAIL蛋白制备成TRAIL-Pyrene-NCs,与HepG2共孵育后使用荧光显微镜检测,结果显示偶联TRAIL的载荧光染料Pyrene纳米胶囊对HepG2具有明显的靶向作用。将HepG2细胞种植到裸鼠皮下形成种植瘤,建立裸鼠肿瘤模型后分别于腹腔注射PBS、PTX、PTX-NCs、TRAIL、PFPSNT进行治疗。与对照组PBS相比,各实验组肿瘤的增殖均得到不同程度的抑制,其中PFPSNT组肿瘤抑制效果明显强于其它各组。统计学分析显示PFPSNT组肿瘤抑制效果与其它组之间的差异具有明显的统计学意义(P<0.05)。肿瘤组织切片的H&E染色及荧光染色显示PFPSNT治疗组的肿瘤组织内细胞有明显的凋亡和坏死。裸鼠主要器官心肝脾肺肾的H&E染色结果显示,使用PFPSNT不会对裸鼠正常脏器造成明显可见的损伤。(3)PFPSNT对TRAIL-耐受性乳腺癌MCF-7细胞和活体乳腺癌MCF-7肿瘤的抑制效果:采用cck-8和流式细胞仪检测纳米胶囊及药物对体外培养的MCF-7细胞的抑制效果,测得实验组 PTX、PTX-NCs、TRAIL、TRAIL-NCs 以及 PFPSNT 对 MCF-7 细胞的半致死剂量分别为 84.882 μg/mL、79.027 μg/mL、1.33 mg/mL、1.02 mg/mL、0.364μg/mL。在细胞的流式分析中,PTX、TRAIL和PFPSNT处理后,死细胞总量为4.6%,7.0%和37.5%。两个不同实验的结果均表明MCF-7对TRAIL蛋白具有耐药性,但PFPSNT可以在MCF-7细胞中实现TRAIL与PTX的联合用药并逆转MCF-7细胞对TRAIL的耐药性。在对MCF-7种植瘤的治疗中,PFPSNT对肿瘤的增殖具有显著的抑制效果,肿瘤的体积增长速度以及瘤重均明显低于其余实验组并具有统计学意义(P<0.05)。(4)MCF-7细胞与种植瘤蛋白组差异分析。体外培养的MCF-7细胞对TRAIL蛋白具有明显的耐受性,而种植到裸鼠皮下形成的MCF-7种植瘤对TRAIL敏感。为了弄清这种MCF-7细胞与MCF-7种植瘤之间发生耐受与敏感逆转的原因,使用Laber free法测定MCF-7细胞与种植瘤的蛋白组学差异。结果表明,MCF-7细胞在种植到裸鼠皮下形成肿瘤后,多个代谢通路中的蛋白表达水平发生改变,其中氨基酸的合成、间隙连接、RNA转运以及DNA复制均可能通过不同的机制调控肿瘤细胞的增殖并对其耐药性产生影响。MCF-7种植瘤可能通过这些机制改变了细胞对TRAIL的耐药性。利用纳米胶囊、紫杉醇和TRAIL蛋白构建的纳米胶囊靶向抗癌药物PFPSNT具有较好的稳定性、靶向性、安全性以及包载药物的缓释作用。PFPSNT对TRAIL蛋白敏感或耐受的肿癌均具有较强的杀癌效果,是一种安全、有效、广谱的候选靶向抗癌药物,值得进一步作为临床抗癌药物开发利用。

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