纳米递药系统研究进展及发展前景

纳米递药系统研究进展及发展前景四川大学华西药学院靶向药物及释药系统教育部重点实验室张志荣2009.9.6于天津医科大学目录一、纳米技术在药学领域的发展二、纳米递药系统研究进展三、进入实用的可能性四、需要解决的问题及思考五、靶向递药系统的几个重要发展方向+一、纳米技术在药学领域的发展过程1976年Birrenbach等人首先提出了纳米粒和纳米囊的概念；1977年Couvreur等人发现NP能够进入细胞，并具有溶酶体趋向性；1978年Kreuter等人用NP进行了疫苗载体的研究；1979年Couvreur等人用NP进行抗癌药物载体的研究；90年代NP的研究已成为药学领域的研究热点之一。纳米递药系统纳米技术、纳米材料应用于药学领域产生了纳米给药系统，包括纳米载体与纳米药物纳米粒（Nanoparticles,NP）,纳米球（Nanospheres,NS），纳米囊（Nanocapsules,NC）,纳米胶束（Nanomicelle,NM）,纳米脂质体（Nano-liposomes,NL）和纳米乳剂（Nano-emulsion,NE）等NP一般是指由天然或合成的高分子材料制成的、粒度在纳米级的（1-1000nm）固态胶体微粒纳米递药系统的主要特点增加药物的吸收：由于NP高度分散，表面积大，并具有特殊的表面性能（如生物粘附性、电性、亲合性等），有利于增加药物在吸收部位的接触时间和接触面积，加之NP对药物具有明显的保护作用，故可提高药物的吸收和生物利用度；控制药物的释放：由于载体材料的种类与性能（如分子量和比例等）的不同、制备NP的工艺不同以及NP的结构等不同，可以使药物具有不同的释药速度；改变药物的体内分布特征：NP进入体内后由于网状内皮系统的吞噬作用，可靶向于吞噬细胞丰富的肝脏、脾脏、肺和淋巴组织等，特别小NP还可进入骨髓组织。NP经抗体介导、配体介导或磁场介导等，可主动靶向靶组织；改变药物的膜转运机制：NP可以增加药物对生物膜的透过性，如增加药物对血脑屏障和细胞膜的通透性等，有利于药物对一些特殊部位的治疗。阻碍微粒类TDDS上生产和临床的关键问题载药量小：0.1%--14%工艺复杂：除了喷雾干燥法以外稳定性差:胶体注射剂的物理稳定性药动学模型：需要建立新的数学模型载体材料问题：需要静脉注射的高分子材料纳米递药系统的研究已经很多，但是除了脂质体外，还没有高分子材料作为载体的纳米制剂上生产和临床。二、纳米递药系统研究进展几个重要的进展制备工艺：乳化固化、界面缩聚、乳化聚合喷雾干燥等载药量：达40%以上载体材料：不可降解---可降解体内靶向性：粒径、表面状态药效和毒性：载体体内降解途径临床研究：1993年德国阿霉素毫微粒1996-2000年中国108例临床研究•制备方法与载药量研究载药机理：包裹、吸附1985年Dougles:温度、搅拌、浓度、酸化剂、电解质1989年Lenaerts:用SO2，粒径10-20nm,1990—现在，张志荣课题组通过控制Zeta电位达-50mv以上，使载药量达到46%。载药量进展情况--------------------------------------------------------药物载体载药量（%）研究者--------------------------------------------------------胰岛素PIBCA3.12Damge氟脲嘧啶PBCA2.52潘卫三斑蟊素白蛋白1.28程宇慧阿霉素PBCA6.35Gasco伯喹PBCA4.56Douglas羟氨苄PBCA14.3Rolland--------------------------------------------------------如米托蒽醌聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒纳米粒药物分子载药纳米粒图米托蒽醌纳米粒的扫描电镜照片线性方程IDL(%)=-16.996+0.9756ZP(r=0.9996)米托蒽醌纳米粒Zeta电位与载药量的关系_________________________________________________________________TermNa2S2O3+NaClNa2S2O3Na2S2O4NaClKCl_________________________________________________________________ZP(mv)-65.8-50.5-35.2-30.4-27.3ER(%)84.1262.8345.6838.2534.21IDL(%)46.7733.0117.2312.729.28_________________________________________________________________本法的应用效果---------------------------------------------------------------药物载体载药量（%）作者---------------------------------------------------------------阿克拉霉素PIBCA44.9蒋学华庆大霉素PBCA41.7张强两性霉素BPBCA38.6郭平柔红霉素PBCA30.2彭应旭阿克拉霉素BLP40.5王章阳万乃洛韦PBCA26.3何勤氟脲嘧啶LP36.5于波涛氟脲核苷LP48.9王建新---------------------------------------------------------------•体内靶向性研究Lenaerts（1984）、Andrien(1989)、Verdun(1990)等研究证明了肝靶向性。证实Kupffercell摄取最多。Dougles(1985)证实50-100nm的可进入肝实质细胞。Gipps(1986)证实肿瘤组织中比肌肉高，随动物种类而异。如米托蒽醌纳米粒的体内分布米托蒽醌纳米粒在动物体内的药---时曲线•药效学研究Courveur(1984)、Kubiak(1989)、Verdun(1990)Bartoli(1990)、证实可提高抗癌药的治疗指数，降低耐药性和毒性。张志荣（2000，2009），米托蒽醌纳米粒，羟基喜树碱脂质纳米粒抗肝癌效果提高26%。米托蒽醌纳米粒的抑瘤效果•毒性研究载体材料的毒性蛋白蛋白质的抗原性：降解产物的毒性：Lenaerts(1984),PACA2条降解途径甲醛途径、酶解途径（氰基乙烯、醇）肝脏线粒体毒性静注米托蒽醌纳米粒后小鼠肝病理切片03691215180.00.20.40.60.81.0OverallSurvivalTime(months)DHAD-PBCA-NPDHADinjectionFig.1OverallsurvivalofHCCpatientstreatedwithDHAD-PBCA-NPorDHADinjectionThemediansurvivalofDHAD-PBCA-NPgroupandDHADinjectiongroupwere5.46monthsand3.23months.•临床研究几个重要的研究热点扩大载药种类：疫苗类、蛋白类、治疗基因Kreuter(1991):HIV1Ag、HIV2AgE.Esposito(1999):cationicmicrospheresN.J.Zuidum(1999):DNA-lipidcomplexes陆彬(2002):载基因腺病毒纳米囊Leaf.Huang(2003):载基因LPD（2008）载SiRNALPD张志荣/孙逊(2006)：载基因PELGE纳米粒孙逊（2008）：载腺病毒脂质纳米粒•延长循环时间表面活性剂包裹：Illum等带正电荷的物质包裹，肝脏摄取减少，脾和肺增加。亲水性物质包裹，肝、脾摄取减少。Dougles,对可生物降解的纳米粒改变不明显。IgG包衣改变不显著缓释作用，如羟基喜树碱如羟基喜树碱纳米粒：Table1ThepharmacokineticparamatersofHCPT-PBCA-NPinrabbitplasmafteri.v.AdministrationParameterUnitValuesStandardErrorAlphal/h4.7765992.58E-01betal/h0.0047163.38E-03V(c)(mg)/μg/ml3.548185t1/2alphah0.145113t1/2betah146.992081K211/h0.445371K101/h0.050688K121/h4.286256AUC(μg/ml)*h27.800825CL(s)mg/h(μg/ml)0.178751•增加局部靶向热敏性--邓英杰教授、科学院成都分院、华东理工大学、清华大学、天津大学pH敏感性--裴元英教授，纳米脂质体表面化学修饰--如交联半乳糖白蛋白纳米球如糖蛋白受体米托蒽醌白蛋白纳米球A.米托蒽醌白蛋白纳米球B.米托蒽醌联糖白蛋白纳米球Time(min)Fig2Concentration-timecurveofLiverafterDHAQ-MAandGal-DHAQ-AMivadministration证实了网状内皮系统对纳米粒肝靶向分布起主导作用Distributionpercentage(%)40455055606570510152560360720DHAQ-AMGal-DHAQ-AM改变传输方向如抗C-erbB-2单克隆抗体免疫米托蒽醌白蛋白纳米球图免疫纳米球的制备及其与乳腺癌细胞的作用抗体白蛋白毫微球免疫毫微球SK-BR-3细胞免疫毫微球免疫纳米球与人乳腺癌细胞（SK-BR-3)的结合050000100000150000200000250000Fig1InVitrouptakeofVACV-PBCA-NPandVACVbyrathepatocytesvacv-pbca-np(2mg/ml)vacv(2mg/ml)vacv-pbca-np(1mg/ml)vacv(1mg/ml)vacv-pbca-np(0.5mg/ml)vacv(0.5mg/ml)•胞内靶向•Rolland氨卞青霉素纳米粒•庆大霉素纳米粒•万乃洛韦聚氰基丙烯酸酯纳米粒图iv万乃洛韦纳米粒后小鼠肝细胞的电镜照片创新点：在国内初步证实了毫微粒可透过肝细胞•改善难溶性药物溶解性质纳米粒释药系统2008年度国家973项目—张强教授张志荣教授等：喜树碱衍生物、水飞蓟滨、石蒜碱、细辛脑等脂质纳米粒，均申请发明专利。其中羟基喜树碱脂质纳米已获得发明专利授权，正在进行安全性评价研究。•口服纳米系统：Alpar等3只大鼠结果，1.1m纳米粒，39%出现在血循环中。Nefzger、Spenlehauer放射标记测15%左右，但来源于降解碎片。Jani、Kukan4%在肝、脾中。Florence（1999），用狗实验，仅3%进体内。•眼部给药纳米粒：Wood、Fitzgerald等人匹罗卡品三、进入临床的可能性纳米递药系统的基础和应用基础研究已相当清楚。一些难关已攻克或接近攻克。磷脂构成的纳米给药系统可望在近年内推上临床。高分子材料构成的纳米给药系统要上临床和生产，还需要走漫长的路。四、需要解决的问题及思考一)、纳米球的制备工艺与载药量•聚合法：催化聚合：-氰基丙烯酸正丁酯为载体；-射线辐照聚合:丙烯酸胺为载体；K2S2O3诱导:戊二醛为载体。•分散法：天然聚合物分散：明胶，白蛋白，桃胶。合成聚合物分散：聚乳酸，EC、MC、CAP。•吸附法：载药机理及对载药量的影响范德化力吸附：吸附方法影响，一步法，二步法，三步法。静电吸附：zeta电位影响，米托蒽醌纳米球：•包裹法：载体材料种类影响载药量。解决制备工艺复杂和载药量低的思路•选择适当的载体材料，聚乳酸，-氰基丙烯酸酯类，可生物降解、可静电吸附、范德华吸附、包裹。•纳米球表面包衣，如羟基喜树碱-氰基丙烯酸正丁酯纳米球。•设法提高纳米球的zeta电位。•制备类脂纳米粒或pharmacosomes。磷脂复合物脂质