纳米材料与肿瘤靶向给药与纳米技术PPT课件

靶向给药与纳米技术 1 CONTENTS l前言 l纳米技术 l靶向给药 l基因治疗 l展望 2 前 言 在21世纪，癌症仍然是人类面临的重 大健康问题，即使在发达国家，癌症占总 死亡原因也高达20%，目前癌症的临床治 疗主要是通过手术、放疗、化疗等方法。 幸运的是，治愈癌症不是没有希望，纳米 技术有望在这一方面取得突破 3 在纳米生物材料研究中，目前研究的热点和已有较好 基础及做出实质性成果的是纳米药物载体和纳米基因治疗 技术。 这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将 药物、 DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或 吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子 ，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性 药物和基因治疗。 前 言 4 纳米技术 l l 纳米技术纳米技术系指在系指在1-10001-1000纳米的尺度里，研究物质的电子、原子和纳米的尺度里，研究物质的电子、原子和 分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。 l l 物质在纳米尺度下，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特物质在纳米尺度下，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特 性制造具有特定功能的药物，称为性制造具有特定功能的药物，称为纳米药物纳米药物。 l l 药物药物纳米载体纳米载体是以纳米颗粒作为药物载体，将药物治疗分子包裹是以纳米颗粒作为药物载体，将药物治疗分子包裹 在纳米颗粒之中或吸附在其表面，通过靶向分子与细胞表面特异性受在纳米颗粒之中或吸附在其表面，通过靶向分子与细胞表面特异性受 体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向药物输体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向药物输 送和基因治疗。送和基因治疗。 5 纳米药物优势 l l 研究发现，纳米颗粒由于有足够小的纳米尺寸，从而能够从高通透性研究发现，纳米颗粒由于有足够小的纳米尺寸，从而能够从高通透性 的肿瘤血管中渗出的肿瘤血管中渗出( (EPREPR效应效应) )，进入肿瘤组织，集中在肿瘤周围。，进入肿瘤组织，集中在肿瘤周围。 l l 纳米级药物载体可以进入毛细血管，在血液循环系统自由流动，还可纳米级药物载体可以进入毛细血管，在血液循环系统自由流动，还可 穿过细胞，被组织与细胞以胞饮的方式吸收，提高生物利用率。穿过细胞，被组织与细胞以胞饮的方式吸收，提高生物利用率。 l l 通过纳米技术开发具有靶向性、多种功能的药物传输体系，有助于实通过纳米技术开发具有靶向性、多种功能的药物传输体系，有助于实 现肿瘤的靶向治疗，并将毒副作用降低到较低的水平。现肿瘤的靶向治疗，并将毒副作用降低到较低的水平。 6 纳米药物的分类 l纳米乳剂 纳米脂质体 l纳米粒药物 固体脂质纳米粒 纳米囊与纳米球 l磁性纳米药物 l温度敏感性、pH敏感性、光敏感性纳米药物 l免疫纳米药物 7 纳米药物尺度的优势 8 癌症治疗主要手段化疗 缺陷： l用量大，缺乏专一性，对正常组织毒副作用强 l易产生多重耐药性和变态反应 l药物外渗引起皮肤或血管腐蚀 l化疗后会引起恶心、呕吐和腹泻；脱发；肾功能紊乱 9 靶向给药系统 (Targeting Drug Delivery System ,TDDS) 药物 特定靶向区域 选择性浓集定位于 靶器官 靶组织 靶细胞 细胞内 载 体 局部或全身 血液循环 10 靶向给药优势 l定义：在特定的导向机制作 用下，将药物输送到特定靶 器官，发挥治疗作用 l组成：药物+载体+导向 “神奇子弹” l优势：药剂用量少，毒副作 用低；药效持续，长时间保 持靶目标的有效药物浓度 11 靶向制剂 理想的靶向制剂应具备的三大要素： 定位浓集、控制释药、无毒可生物降解 基本分类： 1、被动靶向制剂：微粒吞噬（生理特征，RES效应） 2、主动靶向制剂：表面修饰（单抗定位） 3、物理化学靶向：磁性、热和pH敏感、栓塞性微球等 12 l 基础肿瘤生物学在体内实验中,平均每十万个静脉注 射的单克隆抗体中,只有1-10 个能到达靶标。在肿瘤成像 技术中造影剂也存在类似的限制。 l 纳米粒子表面具有高度的可修饰性,使用纳米粒子靶 向输药将大大改进对肿瘤及其他疾病的治疗手段。 靶向定位能力 13 靶向机理 l被动靶向（Passive targeting） l主动靶向（Active targeting） l物理化学靶向（Physico-chemical targeting） 14 被动靶向 即自然靶向：药物被载体通过正常生理过程运送至肝、脾 、肺等器官。一般的微粒给药系统具有被动靶向性能。 微粒给药系统被动靶向机制: 体内网状内皮系统(RES) 中吞噬细胞,将一定大小的微 粒作为异物而摄取,较大的微粒由于不能滤过毛细血管床,而被 机械截留于某些部位。 15 根据微粒大小自然分布： 粒径：7um 肺毛细血管机械截留 7um 肝脾中单核巨噬细胞摄取 100-200nm微粒被网状内皮系统巨噬细胞摄取 到达肝枯否细胞(Kupffer cel1)溶酶体中； 50100nm微粒进入肝实质细胞中 50nm 透过肝脏内皮细胞/通过淋巴传递到脾和 骨髓中 16 巨噬细胞吞噬作用 单核-巨噬细胞对微粒的吞噬作用决定于 1. 血浆中的某些特定蛋白 -即调理素(opsonins) 2. 巨噬细胞上的有关受体 微粒通过吸附调理素，粘附在巨噬细胞的表面，然后 内在的生化作用(内吞、融合)被巨噬细胞摄取 。 17 大分子和颗粒进入和排出细胞 胞 饮 吞 噬 18 被动靶向制剂的载体： l 乳剂 l 脂质体 l 微球 纳米囊 l 纳米粒 纳米球 19 脂质体（Liposomes） 脂质体是将药物包封于类脂分子层形成的薄膜内所构 成的超微球状囊泡 这种具有类似生物膜双 分子层结构的分子囊称 脂质体（liposomes） 20 脂质体的形成与结构 构成脂质体双层的封闭小室： 内部-中心水性空间（包含一定体积的水溶液） 周围被脂质双层包围而独立 外层-脂质双层形成的泡囊 lipid lipid bilayerbilayer aqueous space 21 l 水溶性药物：在中心水性空间或层间水性空间 l 脂溶性药物：在双分子层的疏水空间 常见形态：球形、椭球形等 大小：几十nm 几个um之间 Hydrophobic drug in lipidbilayer Hydrophilic drug 22 脂质体是以磷脂、胆固醇等类脂质为膜材，具有类细胞膜 结构，故作为药物的载体，能被单核吞噬细胞系统吞噬，增加药 物对淋巴组织的指向性和靶组织的滞留性。 特点： 靶向性和淋巴定向性 缓释性 细胞亲和性与组织相容性 降低药物毒性 保护药物提高稳定性 23 脂质体使抗癌药物在靶区具有滞留性 由于肿瘤细胞中含有比正常细胞较高浓度的磷酸酶 及酰酶、因此将抗癌药物包制成脂质体，不仅由于酶使 药物容易释出，且可促使药物中肿瘤细胞部位特异地蓄 积。因此，如将包封于脂质体的抗癌药物直接注入瘤体 ，能使局部有效的药物浓度维持较长的时间，利于杀癌 细胞。 24 脂质体的作用特点 脂质体在体内细胞水平上的作用机制有吸 附、脂交换、内吞(endocytosis)、融合 (fusion)等。 25 a：特异性载药脂质体； b：非特异性载药脂质体； c：在细胞质释放药物； d：吸附到细胞表面，破坏 细胞膜组件，进入细胞内释 放药物； e：与细胞膜进行脂质转换 ，释放药物； f：特异性与非特异性胞吞 ； g：胞吞后，通过内含体进 入溶酶体释放药物； h：胞吞后，内含体破裂， 释放药物 脂质体与细胞的相互作用 脂质体与细胞的相互作用 Torchilin V P . Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriersJ. Nature Reviews Drug Discovery, 2005(4): 14560. 26 主动靶向 通过改变微粒在体内的自然分布而到达特定靶部位。也 即避免巨噬细胞摄取，防止在肝内浓集。 主动靶向制剂包括修饰的药物载体、前体药物与药物大 分子复合物三大类制剂。 27 修饰的药物载体作为“导弹”，将药物定向地 运送到靶区浓集发挥药效。 载体可以是受体的配体、单克隆抗体、对体内 某些化学物质敏感的高分子物质等。 28 用PEG等亲水性材料修饰的药物载体 l 在普通纳米粒表面通过物理吸附或共价结合一层或多层 亲水性聚合物, 可避开巨噬细胞吞噬,延长在血液中循环时 间。可以降低吞噬，延长滞留时间,靶向其他组织器官。 l 隐形(stealth)：是指纳米粒在进入体循环后,可以避开 肝脏等系统的摄取,而转运到体循环中长时间存在或 转运至其它组织或器官。 避开巨噬细胞吞噬 “隐形”纳米粒（stealthnanoparticles） 29 l 某些细胞表面有特异受体，可将对受体有强亲和力特 异性配体与微粒表面结合，使微粒导向特定细胞，从而改 变微粒的分布。 l 这类配体包括： -多糖、外源凝聚素和半抗原等。 结合细胞特异性配体 30 例：叶酸受体介导主动靶向 大多数肿瘤细胞表面的叶酸受体数目和活性明显高于正 常细胞. 叶酸：靶向肿瘤细胞的抗肿瘤药物的载体。 31 药物组成 32 作用机制 33 例：低密度脂蛋白(LDL)-抗癌药物靶向新载体 LDL是存在于哺乳动物血浆中的脂蛋白，LDL受体活性及数 量在一些癌细胞中高出正常细胞20 倍以上。可作为一种特异 性受体载体及抗癌药物靶向新载体, 将药物释放到靶细胞。 l特点： lLDL是内源性脂蛋白, 可避免在体循环中被迅速清除 l可克服一般载体靶向性差、不良反应大 34 l 单克隆抗体免疫微粒 ：结合单克隆抗体(MCAb)后，可使 微粒对细胞表面的抗原决定簇有靶向作用。 l 如用抗T淋巴细胞的MCAb共价结合到聚甲基丙烯酸酯纳米 球上，再与血单核细胞温育，发现可与T淋巴细胞结合，所有 对照组均为阴性。 结合细胞特异性抗体 35 将活性药物衍生成药理惰性物质，在靶部位经 降解成活性母体药物后发挥作用 前药再生成母体药物的基本条件： 靶部位有足够量的酶，能产生足够量活性物质 前药能与药物受体充分接近 产生的活性药物能在靶部位滞留 前体药物 36 例：抗癌药前体药物： 癌细胞比正常细胞含较高浓度的磷酸酯酶和 酰胺酶 -可将药物制成磷酸酯或酰胺类前药 37 应用一些特殊的物理化学方法如温度、pH或磁 场等外力作用将微粒导向特定部位。 磁导向制剂 热敏制剂 PH敏感制剂 栓塞制剂 物理化学靶向 38 利用药物载体的磁性特点，在外加磁场的作用下，磁性纳 米载体将富集在病变部位，进行靶向给药。 磁导向 39 优点：具有无创或微创、靶向性强、生物相容性好、治疗 效果好。将纳米磁性材料的热效应与药物靶向传导控释相 结合，局部升温后可提高癌变组织管壁通透性，增强药物 的吸收。 应用：可用于疾病诊断和治疗中的多个环节，对癌症的早 期诊断与治疗有着重要的意义 磁性纳米材料应用前景 40 l利用肿瘤间质液PH值比周围正常组织显著低的特点设计。 l采用PH敏感类脂为类脂质膜，在低PH环境中结构改变导致 加速释药； 如：N-十六酰-L-高半胱氨酸（PHC） PH不同，该类脂存在两种平衡构型： PH降低时，形成闭合的环式，破坏了脂质双分子层的稳 定性，膜通透性增加，药物释放 PH敏感靶向制剂 41 基因治疗 l 肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基因 载体，临床效果不是很理想 。 l 纳米颗粒基因载体是一种无毒、高效、能稳定转染的 非病毒载体，将DNA、RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒 之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶 向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与 细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内 ，实现安全有效的靶向性基因治疗。 42 优点： l 缓释 l 靶向输送 l 保护核苷酸 l 毒性小 分类： l 脂质体基因载体 l 树状多聚体的基因载体 纳米基因载体 43 表面正电荷与核苷酸发生静电作用，形成纳米载体与质粒DNA的复合 物。通过其表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质， 实现基因治疗。 纳米阳离子脂质体 纳米基因载体 1: 纳米脂质体基因载体 纳米技术-肿瘤治疗 44 以av3 整合蛋白为靶向的基因纳 米材料(a): av 3-NP/RAF(-)表达的 ATPu-RAF与av3整合蛋白结合;(b):内 皮细胞凋亡(c): 肿瘤细胞坏死. 纳米脂质体基因载体 纳米技术-肿瘤治疗 45 美国密西根州大学James等研制的对聚酰胺-胺型 (PAMAM)树突状聚合 物。装载了DNA的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞，DNA 分子释放出来，实现基因的整合。 纳米基因载体 2:树突状物的多聚体 PAMAM 纳米技术-肿瘤治疗 46 树枝状大分子是由重复增长反应合成而来的，高度支化且结构精 确的分子。每一个重复循环反应增加一个支化层，叫做“代”。它包括主 结构（内核，支化单元，外围基团）及微环境（空腔）。 47 树枝状大分子的结构特点： 精确的分子结构； 高度的几何对称性； 外围大量的官能团； 分子内存在空腔； 分子量可控； 分子本身具有纳米尺寸。 树枝状大分子的性能特点： 良好的溶解和混合分散性； 黏度随分子量的增加出现最大值； 单分散性 48 l 特殊的空腔结构有利于药物的负载，可以根据包裹药物 分子的大小，调控球腔的大小以便能够包裹药物分子 l 改变官能团的性质可以控制携带不同类型的药物分子 l 表面层上的官能团可以连接抗体或基因物质，适合定向 药物运输