纳米药物 1、绪论.doc

第1章 绪 论1.1纳米药物的概念纳米药物是指运用纳米技术、特别是纳米化制备技术研究开发的一类新的药物制剂。作为纳米科技中最接近产业化、最具发展前景的方面之一，纳米药物特别是纳米抗肿瘤药物、纳米多肽蛋白质药物，以及非病毒载体基因药物的纳米制剂的研究和开发，已成为当前国际医药学界的前沿和热点1。作为纳米科技与现代制剂技术交叉、融合产生的纳米制剂技术，其核心是药物的纳米化技术，包括药物的直接纳米化和纳米载药系统。前者通过纳米沉淀技术或超细粉碎技术（如采用机械球磨技术的NanoCrystalsTM和采用高压匀质技术的DissCubes和Nanopure），直接制备药物纳米颗粒。后者通过高分子纳米球（nanospheres）/纳米囊（nanocapsules）（统称纳米粒nanoparticles）、固体脂质纳米粒（Solid lipid nanoparticles，SLN）、微乳/亚微乳、纳米脂质体（nanoliposome）、纳米磁球（magnetic nanoparticles）、聚合物胶束（polymeric micelles）、树状大分子（dendrimers），以及无机纳米载体（如纳米硅球、碳纳米管）等载体，药物以溶解、分散、包裹、吸附、偶联等方式成为纳米分散体。药物经纳米化后，其物理化学性质如饱和溶解度、溶出速度、晶型、颗粒表面疏水亲水性，物理响应性（如光、电、磁场响应性、pH敏感性、温度敏感性等），以及生物学特性如特定分子亲合力等发生了改变，从而影响药物的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)，即药物的生物药剂学和药代动力学行为，如生物粘附性、在胃肠道的化学稳定性、口服生物利用度、缓释和控释特性、靶向性、长循环特性、透皮/透粘膜/透血脑屏障（BBB）特性等，最终实现增强药物疗效、降低药物不良反应、提高药物治疗指数、增强制剂顺应性等目的（见图1.1）24。应该指出的是，药物的活性成份经纳米化后，仍以片剂、胶囊、颗粒剂、小针剂、冻干粉针剂、输液、凝胶剂、贴剂、滴眼剂等常规制剂形式出现。药 物中药与天然药物化学合成药多肽蛋白质药物物理化学和生物学特性改变光、电场、磁场、pH、温度响应性溶出速率饱和溶解度晶型表面亲水、疏水性直 纳接 米纳 载米 药化 系 统生物药剂学及药代动力学改变生物黏附性化学稳定性生物利用度缓释、控释特性生物效应改变疗效增强不良反应降低治疗指数提高制剂顺应性增强靶向性长循环特性透皮肤/粘膜/BBB特性抗原抗体、配体受体相互作用核苷酸类药物图1.1 纳米药物生物效应的基础顾名思义，纳米药物制剂中活性成份或其载体粒子的尺寸是纳米药物的首要特征，也是纳米药物所呈现纳米效应的重要基础。在材料学领域，一般将纳米材料的尺寸界定为0.1100 nm，因为在此范围内，纳米粒子由于量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、以及宏观量子隧道效应等，呈现出与宏观块体材料不同的奇异的物理化学性质。但目前关于纳米药物的尺寸范围存在不同看法。在2000年版中国药典中曾规定纳米球、纳米囊的粒径范围为101000 nm，而在2005年版中国药典中纳米球、纳米囊的尺寸范围修订为10100 nm，纳米脂质体（小单室脂质体）的粒度范围为2080 nm5,6。但是国内外药剂学界许多研究人员仍倾向于将纳米药物界定在1000 nm以内7。例如人民卫生出版社药剂学（第五版）中即是如此，这还可以从Nature Reviews Drug Discovery、 Advanced Drug Delivery Reviews 等著名学术期刊上所发表文章对纳米药物的描述得到印证。德国著名药剂学家R.H. Mller在其编著的Pharmazeutische Technologie: Modern Arzneiformen中，也明确提出：高分子纳米粒的尺寸范围在几个纳米到1000 nm之间，固体脂质纳米粒的粒径为501000 nm，纳米悬浮液颗粒平均粒径在1001000 nm范围8。大量研究表明，当药物颗粒的粒径在101000 nm之间时，纳米药物在理化性质、药代动力学（PK）和药效动力学（PD）的特征方面已呈现出与常规制剂明显的差异，这些构成了纳米药物特殊生物效应的物质基础。因此，本书所论述的纳米药物或纳米载药系统的粒径范围也界定为101000 nm。1.2纳米药物的分类1.2.1按纳米化方法和纳米载药系统分类药物纳米化方法可分为直接纳米化和纳米载药系统二大类。直接法即通过纳米沉淀法或机械粉碎法得到1000 nm以下的药物纳米颗粒混悬液。纳米载药系统包括纳米球/纳米囊、固体脂质纳米粒、微乳/亚微乳、纳米脂质体、纳米磁球、聚合物胶束、树状大分子及无机纳米载体（如纳米硅球、碳纳米管）等。用于靶向给药纳米磁球通常是将纳米级磁颗粒分散在高分子纳米粒、脂质体、聚合物胶束等载体中制备而得。本书的姊妹篇纳米医药（清华大学出版社，2004年）按该分类体系详细阐述了各类纳米载药系统的制备原理和药学特征9。1. 纳米混悬液(Nanosuspension)纳米混悬液是一种通过表面活性稳定的、纳米级药物颗粒组成的分散体系。主要用于提高难溶性药物的饱和溶解度和溶出速度，提高生物利用度，减少用药量，降低不良反应。常用的制备方法有珍珠磨法（NanoCrystal）、高压匀质法（DissoCubes）和纳米沉淀法等。目前美国已上市的药物有非诺贝特、阿瑞吡坦、西罗莫司、醋酸甲地孕酮等四个，已处于临床研究的包括白消安、银、磷酸钙、布地奈德、紫杉醇等10。此外，由于化学合成的候选药物有近40为水不溶或微溶，目前许多大的制药公司往往采用该技术和相关策略，重新挖掘那些因溶解度低而在新药发现早期遭到淘汰的候选分子，以提高新药研究的成功率，降低研发风险和费用。2高分子纳米粒（Polymer nanoparticles，PNP）包括高分子纳米球和高分子纳米囊，前者属于基质骨架型，药物吸附或偶联在纳米球的表面，或溶解、分散、包封在实心球中；后者属于药库膜壳型，由高分子材料外壳和液状内核构成，药物主要溶解在构成液状内核的油相或水相中。随着超临界流体沉淀技术（Supercritical fluid precipitation，SFP）的应用，出现了包裹固体药物纳米粒子的纳米囊。PNP可以改变药物的体内分布特征，具有缓控释和靶向给药特性，增加药物的稳定性，提高药物的生物利用度。制备PNP的高分子材料包括天然的和合成的两大类，前者如白蛋白、明胶、壳聚糖等；后者如聚乳酸（PLA）、丙交酯乙交酯共聚物（PLGA）、聚氰基丙烯酸酯（PCA）、聚氰基丙烯酸烷基酯（PACA）等。纳米粒制备方法主要分高分子分散法和单位聚合法两大类。通过对PNP表面结构修饰和改性，如PEG化得到长循环PNP，单抗或配体修饰制备细胞靶向PNP，表面活性剂如Tween 80修饰得到透BBB的PNP，包裹磁性Fe3O4得到磁靶向PNP。给药途径几乎包括胃肠道给药、静脉给药、粘膜给药等各种途径11。目前国内外正在研究开发的药物包括抗肿瘤药如甲氨蝶呤、阿霉素、紫杉醇、羟基喜树碱、放线菌素-D、氟脲嘧啶、长春胺、氮芥等，抗生素类如庆大霉素、氨苄青霉素、丁胺卡那霉素等，多肽类药物如胰岛素、降钙素、生长激素释放因子（GRF）、环孢素A等以及其他化学合成药齐多夫定（AZT）、硝苯地平等。PNP的最大挑战是这些高分子材料的安全性评价，这影响到它们作为药用辅料的合法性，另外是产业化工艺放大的相关问题。3固体脂质纳米粒（Solid lipid nanoparticles，SLN）SLN是以固态的天然或合成的类脂为载体的纳米载药系统。与PNP相比，SLN的最大特点一是采用生理相容性好、低毒性的类脂材料，二是可采用已成熟的高压匀质法实现工业化生产。同时SLN 还具有药物控释和靶向特性，较高的载药量，改善药物稳定性等优点。用于SLN制备的类脂材料有各种饱和脂肪酸如硬脂酸、棕榈酸、癸酸及其三酰、二酰、单酰甘油酯；表面活性剂有各种卵磷脂、泊洛沙姆系列、聚山梨醇酯、胆酸类、丁醇等。SLN的其它制备方法包括乳化蒸发法、微乳法等12。目前国内外正在研究开发的药物包括阿霉素、紫杉醇、环孢素A、喜树碱、安定类、可的松类、AZT、维生素E、维生素A、丁卡因、依托咪酯、黄体酮、钆配合物等。已知产品有Mucosolvan、Etomidat-Lipuro和安定类药物Diazepam-Lipuro等。为了提高载药量，防止类脂基质结晶导致药物爆释现象，近年来又发展了纳米结构脂质载体（Nanostructured lipid carriers，NLC）。4纳米脂质体（Nanoliposome，NL）脂质体根据其结构所包含类脂质双分子层的层数，分为粒径在2080 nm之间的小单室脂质体（Single unilamellar vesicles，SUV）、粒径在1001000 nm之间的大单室脂质体（Large unilamellar vesicles，LUV）和粒径在15 m之间的多室脂质体（Multilamellar vesicles，MLV）。纳米脂质体一般指小单室脂质体。脂质体通常由卵磷脂（蛋黄卵磷脂和大豆卵磷脂）和胆固醇构成。制备方法包括注入法、薄膜分散法、超声波分散法、逆相蒸发法和表面活性剂处理法等。药物或溶解在脂质体内的水相，或吸附或溶解在脂质双分子膜上。该载药系统具有增强药物靶向性、延长药物作用时间、提高药物稳定性、降低药物不良反应等特点。脂质体所具有的结构可修饰性使开发具有特殊性能的脂质体如PEG修饰的隐形脂质体、单抗修饰的免疫脂质体，以及pH敏感脂质体、温度敏感脂质体、磁性脂质体等成为可能13。此外阳离子脂质体作为基因药物的非病毒载体备受关注。脂质体用于药物载体的研究已有近四十年的历史，制备技术已相对成熟。临床上已经应用的有注射用阿霉素脂质体（DOXIL）、两性霉素脂质体（AmBisome）、柔红霉素脂质体（DaunoXome）、庆大霉素脂质体、长春新碱脂质体（Onco TCS）、益康唑脂质体（Pevaryl-Lipogel）、肝素脂质体（HeparinPur）等。为了提高脂质体的载药量，解决包封率低及药物泄漏等问题，近年来又发展了一种特殊的脂质体药质体（pharmacosome）。5微乳（Microemulsion，ME）微乳由油、水、表面活性剂和辅助表面活性剂四部分组成，它是粒径在10100 nm之间的乳滴分散在另一种液相中形成的热力学稳定的胶体分散系统。ME作为纳米载药系统，可以增加难溶性药物的溶解度，增强水溶性药物的稳定性，提高药物的生物利用度，同时具有药物的缓释和靶向特性，并适合于工业化的制备。微乳所具有的高扩散性和皮肤渗透性，使其在透皮吸收制剂的研究方面受到极大关注。Sandoz公司开发的环孢素A口服微乳胶囊新山地明（Neoral Sandimmun）是微乳制剂的杰出代表14。脂肪乳作为胃肠外营养剂已在临床上得到广泛应用。脂肪乳属亚微乳体系，粒径通常在100500 nm之间。目前已上市多个含药脂肪乳制剂，如地西泮（安定）、甲苄咪唑丙泊酚、前列腺素E1、氟比洛芬等。值得注意的是，纳米乳（nanoemulsion）与微乳的概念容易混淆，前者表面活性剂用量比微乳低，粒径通常在20200 nm之间，属热力学不稳定体系，制备时需要超声或高压匀质等外加能量。近几年，纳米乳作为纳米载药系统发展迅速15。6聚合物胶束（Block copolymer micelles）聚合物胶束是由一类两亲性共聚物形成的新型纳米载药系统。它具有载药量大、稳定性好、可修饰性强、难溶性药物的增溶作用、生物相容性好等特点。由于聚合物的亲水嵌段常用聚乙二醇（PEG），可赋予胶束长循环作用，而常用的疏水嵌段包括聚L-赖氨酸，聚天冬氨酸，聚己内酯等。由于疏水端可通过修饰（偶联配体或抗体），使聚合物胶束具有细胞靶向作用，聚合物胶束可通过结构设计解决肿瘤靶向治疗过程中多个屏障作用，实现长循环、通透性增强与滞留效应（enhanced permeability and retention effect，EPR）、受体配体或抗原抗体介导、环境刺激响应、具备内涵体逃逸以及多药耐药性（multi drug resistance，MDR）抑制功能，从而提高药物的靶向性。药物可以通过直接溶解法、乳化蒸发物理包埋、静电作用或共价键偶联的方法载入聚合物胶束。目前所研究的药物包括阿霉素、紫杉醇、喜树碱、二氢睾酮、吲哚美辛以及用于磁共振成像（MRI）的放射性核素等16。7树状大分子（Dendrimers）树状大分子是一类三维、高度有序并且可以从分子水平对其大小、形状、结构和功能基团进行设计的新型纳米载药系统，具有生物相容性好、无免疫原性、易溶于水、末端胺基可以进一步修饰等特点。树状大分子转运外源基因可能是通过其表面的正电荷与带负电的基因通过静电作用形成树状大分子-基因复合物，此复合物因树状大分子内的过剩正电荷而带正电；带正电的复合物由于静电作用吸附于带负电的细胞表面，并通过与细胞膜融合或内吞进入靶细胞；在细胞内，树状大分子-基因复合物从内吞体中脱离出来并发生分离，基因进一步被转运到细胞核内，经转录和翻译，最终产生目的基因编码的蛋白质。目前研究最多的作为基因药物载体的树状大分子有聚酰胺基胺PAMAM，聚丙烯亚胺(PPI)，聚-L-赖氨酸(PLL)等17。8.无机纳米材料药物载体无机纳米材料如纳米SiO2、纳米碳管、纳米羟基磷灰石、蒙脱土等由于高比表面积和优良的吸附性能，可修饰性强以及可规模化生产等特点，作为纳米药物载体越来越受到关注。尽管微粉硅胶、羟基磷灰石作为药用辅料或植入材料已得到广泛应用，但是上述纳米颗粒的生物相容性与安全性问题仍应引起重视18。1.2.2按药物适应症分类根据药物适应症的不同，纳米药物可分为纳米抗肿瘤药物、纳米抗病毒药物、纳米抗炎药物、纳米激素药物等。需根据药物的作用机制和给药途径,针对现有制剂的不足，采用合理的纳米制剂技术及策略，发挥纳米药物的治疗优势。本书主要内容拟按此分类方法编写。1. 纳米抗肿瘤药物抗肿瘤药物的靶向输送是纳米抗肿瘤药物的核心，也是纳米药物研究最为活跃的领域之一，其目标就是降低化疗药物的不良反应，增强化疗的有效性。由于受肿瘤组织结构、生理特性及肿瘤细胞生物学性质影响，化疗的靶向治疗存在以下四个屏障：药代动力学屏障：细胞毒类药物的全身分布，导致病人难以接受有效剂量的药物治疗；药物载体被血浆蛋白调理和网状内皮系统（RES）吞噬清除，导致药物无法到达靶部位；Jain氏屏障：肿瘤组织间隙存在较大渗透压梯度，阻碍药物分子从血管向肿瘤深部转运；多药耐药机制：许多肿瘤细胞膜上表达P-糖蛋白，通过药泵机制导致药物外排，或者进入肿瘤细胞的药物在内涵体/溶酶体中被降解，导致药物有效浓度下降。针对这些问题，研究人员在设计靶向纳米载药系统时，常采用以下策略：通过PEG等修饰和控制粒度，避免RES清除，达到长循环目的；通过控制粒度，增强EPR效应，促进药物在肿瘤组织中蓄积；对纳米载体表面进行化学修饰，通过配体受体、抗原抗体介导，实现肿瘤细胞的主动靶向，并促进纳米药物向胞内转运；通过对纳米载体表面进行Poloxamer 188等修饰，抑制肿瘤细胞的MDR机制，或者引入促进药物从内涵体/溶酶体逃逸的机制，提高药物在胞内的有效浓度19,20。目前国外已上市或处于临床研究的纳米抗肿瘤药物有30余个，其中涉及的药物包括米托蒽醌、紫杉醇、阿霉素、顺铂、长春新碱、柔红霉素、喜树碱等；纳米载药系统包括脂质体、PNP、聚合物胶束、纳米磁球等。2. 纳米抗病毒药物截至2005年，世界各国批准使用的合成抗病毒药共56个品种，包括抑制病毒复制的抗病毒药，增强机体免疫功能的免疫调节药，针对临床症状的止咳、镇痛、退热和消炎等对症治疗药，防止继发感染的抗感染药，预防病毒感染的疫苗，以及阻断病毒传播的消毒药等。采用NDDS，可增强抗病毒药物的药效，降低其不良反应。对于难溶性抗病毒药物通过增大表面积，增加溶解度，提高粘附性，从而提高口服生物利用度；增强外用制剂的透皮作用，提高治疗效果；增加眼内局部给药的药物浓度，延长药物作用时间；可将抗病毒药物输送到特定的靶器官，实现病毒感染肝脏、脑部及中枢神经系统的靶向治疗；调节药物的体内循环时间，控制药物的释放速度，达到缓释或控释效果，延长药物作用时间。此外还可提高核苷、核苷酸、多肽或拟肽类的抗病毒药物在体内的稳定性等21。目前在研的纳米抗病毒药物有利巴韦林前体脂质体、齐多夫定聚氰基丙烯酸异己酯纳米粒、齐多夫定PLGA纳米粒、齐多夫定固体脂质纳米粒、齐多夫定纳米囊、司他夫定纳米粒、去羟肌苷前药药质体、扎西他滨纳米粒、沙喹那韦纳米粒、沙喹那韦纳米粒、沙喹那韦纳米乳、阿昔洛韦纳米乳、阿昔洛韦纳米粒、伐昔洛韦纳米粒、阿糖腺苷纳米粒、福米韦生白蛋白纳米粒、鬼臼毒素固体脂质纳米粒和脂质体等。3. 纳米抗炎药物非甾体抗炎药物(NSAIDs)是一类最常用的药物，临床上用于治疗骨关节、肌肉和软组织的炎症和疼痛。这些药物常见的不良反应有胃肠道粘膜损伤、甚至溃疡、出血、肾功能不全、轻微水钠潴留以及轻微肝损伤等。采用纳米载药系统，提高NSAIDs的疗效，减少不良反应，是该类药物纳米制剂的重要研究方向。通过NDDS，实现药物的缓慢释放，降低药物对胃肠道粘膜的刺激，延长药物作用时间；将NSAIDs制成外用制剂，促进药物透皮吸收，增强药物的抗炎镇痛效果。利用纳米球的粘膜黏附性，延长药物在眼角膜上的保留时间22。目前在研的纳米抗炎药物有阿司匹林纳米囊、吲哚美辛纳米囊，双氯芬酸钠纳米粒和柔性脂质体、布洛芬的高分子纳米粒、微乳和纳米结构脂质载体（NLC）、萘普生聚合物胶束等。主要用于口服和透皮制剂。4. 纳米激素药物激素类药物如多肽蛋白质类激素药物存在稳定性差、口服易降解、不易吸收和肝脏的首过效应等，注射给药生物半衰期短、需长期频繁注射、顺应性差等问题；一些性激素类药物常需长期低剂量给药，需要解决药物的缓释问题；一些适应症需要激素类药物同时具有速效和长效的功能；部分难溶性激素药物口服生物利用度低，造成患者治疗效果不佳，甚至出现严重毒性；还有部分激素类药物具有全身性毒副作用等。上述问题的存在使激素及相关药物的临床应用受到很大限制，而现有的传统剂型难以从根本上解决这些问题。NDDS为我们解决上述问题提供了途径，可有效增强激素药物的生物稳定性，调节释药方式，改善药物的药代动力学行为，提高生物利用度，建立新的给药途径等，从而降低药物不良反应，提高治疗指数23。目前在研的纳米激素药物有米非司酮SLN、醋酸曲安奈德SLN、氢化可的松纳米脂质体凝胶、亮丙瑞林纳米脂质体、西曲瑞克纳米磷脂囊泡、降钙素口腔喷雾剂等，雌二醇纳米乳、前列腺素E1脂肪乳等已经上市。1.2.3按药物来源分类根据药物来源，纳米药物可以分为纳米多肽蛋白类药物、纳米核苷类药物、纳米中药、纳米化学合成药物等。本书部分章节拟按此分类方法编写。纳米化学合成药物在上面的纳米抗肿瘤药物、纳米抗病毒药物、纳米非甾体抗炎药物、部分纳米激素类药物中已经涉及，纳米中药将在后面介绍，这里仅讨论纳米多肽蛋白类药物。随着现代生物技术的迅猛发展，越来越多的具有高药理活性的多肽、蛋白质药物被推向市场。但是由于这类药物具有药物稳定性差，在酸碱环境或体内酶系统存在下极易失活；分子量较大，生物膜透过性差，口服不易吸收；生物半衰期短，需要长期频繁注射给药、顺应性差等问题，难以满足日益增长的临床用药需求24。采用NDDS，可以在一定程度上避免多肽蛋白质药物直接受到物理、化学或酶的降解作用，提高药物的稳定性；通过NDDS的缓释作用，延长药物作用时间；通过NDDS的生物黏附性，促进透粘膜吸收，提高药物的生物利用度，实现非注射给药，增强制剂的顺应性；采用NDDS的被动靶向和主动靶向机制，实现药物的靶向给药，提高药物疗效，降低不良反应25。此外，NDDS还可以作为分子疫苗佐剂，增强其免疫原性，提高机体免疫保护力。作为NDDS应用最活跃的领域，几乎所有NDDS如PNP、SLN、微乳、脂质体、聚合物胶束等都被用于多肽蛋白类药物载药系统的研究，所涉及的药物主要是胰岛素、环孢素A、降钙素、干扰素、TNF-、Dalargin等以及多种分子疫苗的佐剂。1.3纳米药物的发展现状美国国家科学基金会的纳米技术高级顾问米哈伊尔罗科预言：“由于纳米技术的出现，在今后30年中，人类文明所经历的变化将会比刚刚过去的整个20世纪都要多得多”。纳米科技已成为了当前科技界、产业界最为活跃的领域26。而且美国、日本、西欧等国家均将纳米生物医药技术作为优先项目重点予以支持。纳米药物发展趋势可以概括为以下几个方面：1政府投入明显增加、政策扶植力度加大：美欧和亚太地区在纳米药物领域的研究经费增长迅速，并制定了相关的政策措施，保证政府投入。在2003年、2004年的美国“纳米技术计划（NNI）”的重点发展战略领域中，涉及纳米药物的项目占了相当的比例。在日本政府召开的第6次“纳米技术及材料研究开发推动项目”会议上，明确将纳米药物传输系统、纳米医疗仪器作为该国研究开发的重点领域。欧盟在第6个框架计划（20022006年）中，将纳米技术和纳米科学作为7个重点发展的战略领域之一，经费为12亿美元，而先进的给药系统被确定为纳米生物技术领域中的重点研究方向之一。欧盟第7框架计划也已开展，其中纳米药物是纳米技术领域重要的研究方向。英国政府制定的“英国纳米技术发展战略”报告中，将药物传递系统、传感器等作为该国具有研究优势和产业发展机会的领域。2研发势头强劲，新技术不断突破：美国、欧盟、日本等发达国家投入的巨资，促进了纳米药物研究的迅速发展。各国纳米药物专利数量增长迅速，纳米药物相关的专利和论文数量在纳米科技领域中位居前列，知识产权保护已成为该领域的核心战略。另外，学科交叉进一步加强，新的技术不断涌现。例如应用微纳加工技术和微电子技术开发微针等新型给药系统将进一步拓展纳米药物的研究空间，促进纳米药物的发展。3纳米药物产业化速度加快：在90年代末期，上市销售纳米药物的数量有限，但近年来，纳米药物研究正成为各大制药公司如诺华、格兰素威康、强生、罗氏等的重要方向，上市的纳米药物数量迅速增加，规模逐渐扩大。出现了一大批专门从事纳米药物研发的公司，部分企业如表1.1所示。这些企业已经上市了一批纳米药物，更多的药物正处于临床研究阶段。表1.1 国外从事纳米药物研究的企业（不完全统计）NDDS企业已上市药物脂质体Elan、ALZA、Gilead Science、Mika Pharm、Poli、Mundipharm、INEX、Skyepharma、Liposome、InterMune、Three River Pharmaceutics等公司两性霉素、阿霉素、柔红霉素、肝素、聚维酮碘等聚合物胶束Bristol-Myers Squibb、Samyang Genex、TheraCour、QBI Life Sciences、NanoCarrier、Debiopharm等公司固体脂质纳米粒SkyePharm、PharmSol、Pharmate SPA等公司微乳及纳米乳Novartis、Pfizer、Chong Kun Dang、Kaken Pharma、Mitsubishi Pharma、Taisho、AlphaRx、YamanouChi等公司环孢素A、双氯芬酸、吲哚美辛、氟比洛芬、醋酸地塞米松、地西泮、前列腺素E1、氢化可的松纳米悬浮液Merk、Abbott、Elan、Wyeth、Par等公司雷帕霉素、阿瑞吡坦、非诺贝特、紫杉醇等1.3.1 国外纳米药物产业发展现状据不完全统计，全世界制药企业作为新型药物制剂开发的纳米药物立项多达270余项，其中已上市和正在进行临床研究的药物共56个，其中包括抗肿瘤药30个、镇痛抗炎药8个、激素类药6个、抗真菌药4个、免疫抑制剂2个以及糖尿病药、降血脂药、抗焦虑药、抗凝血药、抗病毒药和造影剂各1个；按给药途径分，包括注射给药38个、经皮给药10个、口服给药6个、吸入给药2个,详见表1.2。表1.2 国外上市及临床研究的纳米药物分类上市III期临床II期临床I期临床合计脂质体11211327微乳/纳米乳811111纳米粒4/11318合计23323756目前国外上市的纳米药物包括：注射用两性霉素B脂质体（Elan、Gilead Sciences、InterMune、Three Rivers Pharmaceuticals公司）、注射用阿霉素脂质体（Elan、Johnson & Johnson公司）、注射用柔红霉素脂质体（Gilead Sciences公司）、皮肤局部用肝素脂质体（Merckle公司）、皮肤局部用双氯芬酸脂质体（Mika Pharma公司）、Lipogel HA脂质体（Poli公司）、聚维酮碘脂质体（Mundipharma 公司）；上市的微乳有：双氯芬酸（AlphaRx公司）、吲哚美辛（AlphaRx公司）、环孢素A（Chong Kun Dang公司）、氟比洛芬（Kaken Pharma公司）、棕榈酸地塞米松（Mitsubishi Pharma公司）、地西泮（Pfizer公司）、前列腺素E1（Taisho公司）、氢化可的松（YamanouChi公司）；上市的纳米粒药物有Elan公司Nanocrystal专利技术生产的西莫罗司、阿瑞吡坦、非诺贝特和注射用紫杉醇纳米粒（American Biosicence公司）。特别是抗肿瘤纳米药物，已有多个药物上市或进入临床研究阶段，如表1.3所示。表1.3 国外已上市或处于临床研究的纳米抗肿瘤药物药物载体商品名粒径开发状态公司阿霉素脂质体Myocet190nm上市Zeneus、Elan隐形脂质体Doxil100nm上市Johnson & Johnson纳米粒II期临床BioAlliance Pharma纳米粒II期临床Nippon Kayaku微乳100nmII期临床Supratek Pharma脂质体II期临床NeoPharm热敏脂质体ThermoDoxI期临床Celsion柔红霉素脂质体Daunoxome45nm上市Gilead Sciences紫杉醇白蛋白纳米粒Abraxane100-200nm上市American Biosicence微乳100nmIII期临床Sonus Pharmaceuticals纳米粒II期临床MediGene纳米粒I期临床NanoCarrier脂质体I期临床NeoPharm长春新碱脂质体III期临床Inex铂化合物（AR-726）脂质体AroplatinII期临床Antigenics全反式维甲酸脂质体ATRA-IV、ATRAGENII期临床Antigenics表阿霉素微乳100nmI期临床Supratek Pharma顺铂脂质体II期临床Regulon纳米粒I期临床NanoCarrierOSI-7904脂质体II期临床OSI PharmaceuticalsSN-38脂质体II期临床NeoPharm盐酸勒托替康脂质体II期临床OSI Pharmaceuticals伊立替康脂质体II期临床PharmaEngine2-甲氧雌二醇纳米粒II期临床ElanBrachySil纳米粒II期临床pSividaAminolevulinic acid纳米粒II期临床Biofrontera其它进行临床或临床前纳米研究的药物包括：美沙酮、纳曲酮、淋巴瘤疫苗、唑吡旦、吗啡、流感疫苗、乙肝疫苗、雌二醇、睾酮、黄体素、酮洛芬、硝苯地平、氯法齐明、胰岛素、促红细胞生长素、5氟尿嘧啶、环磷酰胺、氨甲蝶呤、博来霉素、长春瑞宾、拓朴替康、干扰素、米托蒽醌、鬼臼乙叉苷、前列腺素、白消安、二甲双胍、普鲁泊福、他莫昔芬、促卵泡激素、齐多夫定等27。1.3.3 国外纳米药物的研究现状近几年，美国、加拿大、欧盟、日本、印度、韩国、新加坡等国纷纷加大了对纳米技术研究的投入，各大学、研究机构以及企业成立了专门纳米研究机构，其中纳米药物是其重点研究领域之一。表1.4列出了国外几个从事纳米药物研究的著名实验室。他们在各自领域做了大量的研究工作，对NDDS的发展起到了较大推动作用。表1.4 国外从事纳米药物研究的知名实验室（不完全统计）NDDS学校课题组高分子纳米粒美国麻省理工学院R. Langer 美国东北大学M. Amiji 脂质体美国东北大学V. Torchilin 美国加州大学旧金山分校F. Szoka 聚合物胶束日本东京大学K. Kataoka 加拿大阿尔伯达大学G.S. Kwon 固体脂质纳米粒柏林自由大学R.H. Mller 微乳伦敦大学国王学院M.J. Lawrence 树状大分子伦敦大学药学院A.T. Florence 纳米悬浮液柏林自由大学R.H. Mller特别是美国，在政府和企业的大量投入下，纳米医药产业发展迅速。美国国家自然科学基金于2004年宣布投资6900万美元，建立六个纳米科技中心，分别位于加州伯克利大学、斯坦福大学、威斯康星大学、俄亥俄州立大学、宾夕法尼亚大学、东北大学。其中俄亥俄州立大学的Center for Affordable Nanoengineering of Polymer Biomedical Devices ($12.9 million)以及宾夕法尼亚大学的Center on Molecular Function at the Nano/Bio Interface ($11.4 million)把纳米药物作为其主要的研究方向之一。美国国家肿瘤研究所（NCI）投入巨资建立了肿瘤纳米技术联盟（the Alliance for Nanotechnology in Cancer），主要研究纳米技术在肿瘤的检测、诊断、治疗、预防和控制等方面的应用。2004年，NCI还和美国国家标准与技术研究所、FDA共同建立了纳米技术表征实验室（Nanotechnology Characterization Lab），主要对纳米粒的物理性质、体外生物学特性、生物相容性以及临床前疗效和毒理学进行研究。2005年NCI宣布斥资3500万美元建立12个肿瘤纳米技术平台（Cancer Nanotechnology Platform）。其中，美国东北大学主攻抗多药耐药性的纳米治疗技术，密歇根大学负责用于肿瘤诊断和治疗的树状大分子纳米粒体系，马萨诸塞综合医院研究卵巢癌治疗的靶向纳米粒，密苏里大学负责前列腺癌的靶向成像与治疗，纽约州立大学负责胰腺癌诊断与治疗的多功能纳米粒，圣地亚哥Sidney Kimmel 肿瘤中心研究实体瘤靶向纳米技术平台建立，华盛顿大学（西雅图）负责小儿脑瘤诊断与治疗的纳米技术平台。约翰霍普金斯大学从霍华德休斯医学研究所获得100万美元的支助，用于纳米生物和医学的研究生课程建立。尤其值得指出的是，NSF斥资1500万美元建立世界第一个国家纳米科学工程教学中心（National Center for Learning and Teaching (NCLT) in Nanoscale Science and Engineering）。另外，全美各个大学纷纷成立专门的纳米研究机构。麻省理工学院成立了多个纳米中心，纳米载药系统是其重要方向；哈佛大学在2006上半年成立了Center for Nanoscale Systems，研究方向就涉及纳米载药系统；西北大学在2002年成立了纳米加工和分子自组装研究中心（The Center for Nanofabrication and Molecular Self-Assembly），其研究人员近150人，研究内容之一也是纳米载药系统；威斯康星大学在1998年成立了纳米技术中心，该中心特别重视生物技术药物的研究；华盛顿大学（西雅图）在1997年就成立了纳米技术中心，其中药学是其重要的研究方向；莱斯大学在NSF的支持下成立生物和环境纳米技术中心（The Center for Biological and Environmental Nanotechnology），其主要的研究方向包括纳米靶向载药系统和纳米生物材料的研究，同时该校还成立了名为International Council on Nanotechnology的一个开放式国际纳米技术研究组织；密歇根大学在1998年成立了生物纳米技术中心，在此基础上，于2005年组建了密歇根医学和生物科学纳米技术研究所，纳米药物是其主要的研究领域，而纳米乳和树状大分子靶向载药系统是其重点发展方向，其中纳米乳用于抗微生物制剂的研究受到了Defense Advanced Research Projects Agency的支持；在加州大学各分校如伯克利分校、洛杉矶分校、旧金山分校、圣迭戈分校等均加大对纳米药物的研究；德克萨斯大学各分校及西南医学中心也加强了对纳米药物研究的投入。近几年来，纳米药物受到了众多国际著名学术期刊的关注，有关纳米药物的报道越来越多，如Science、Nature、Nature Reviews Drug Discovery、Nanoletters、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Journal of the American Chemical Society、Small、The FASEB Journal、Biomaterials、Macromolecules、Chemical Communication、Langmuir、Journal of nanoscience and nanotechnology、Nanomedicine、Nanotechnololgy、Nanotoday、IEEE Transactions on Nanotechnology等大量报道了新型纳米载药系统的研究，这些杂志特别重视交叉研究，鼓励采用新技术、新方法、新材料、新型纳米结构对纳米药物进行研究，这促使纳米药物朝着更深入、广泛的方向发展。药学专业杂志如Advanced Drug Delivery Reviews、Drug discovery today、Journal of Controlled Release、International Journal of Pharmaceutics、Pharmaceutical Research、European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics、Liposome、Journal of Targeting等对纳米药物研究报道迅速增加。尤其值得指出的是，International Journal of Pharmaceutics杂志在2004年首先开辟了药剂学纳米技术（Pharmaceutical nanotechnology）专栏，专门刊登药剂学纳米技术相关的论文。该杂志认为纳米技术在药学中的应用越来越广泛、深入，在新药发现、纳米分析技术、载药系统、诊断试剂、基因载体、植入材料、纳米生物材料等多个药学领域的所起的作用也越来越突出。由于医药产品处于纳米尺度时，其结构及理化性能、生物效应等会产生显著的变化，这些变化体现在纳米药物时更具有优势。因此，该专栏特别鼓励纳米药物的研究。Journal of Controlled Release杂志则专门开辟了Gene delivery专栏，刊登基因载体的研究论文，特别关注纳米非病毒类基因载体的研究。Advanced Drug Delivery Reviews杂志在最近多次刊登了与纳米药物相关的研究进展，对纳米药物的研究进行回顾、评价和展望。可以看出，国际学术界对纳米药物的研究给予了极大的关注与支持，这为纳米药物的发展提供了良好的基础。上述期刊不仅对纳米药物的学术研究进行报道，还对与纳米药物研究相关的政策、法律、科研投入、市场等多个角度进行报道。这也显示，纳米药物的研究已经逐步走向成熟，朝着产业化阶段发展。1.3.3 我国纳米药物研究与产业发展现状在我国，国内已有众多单位开展了纳米药物的研究与开发。如2004年科技部“创新药物和中药现代化”第四批课题共设立52项制剂课题，其中纳米制剂项目为21项，约占40，承担单位有北京大学、清华大学、华中科技大学、沈阳药科大学、四川大学、中国药科大学、中南大学、上海医药工业研究院等20多个单位。由华中科技大学主持、全国有9个单位参加的科技部“十五”科技攻关项目“纳米药物新剂型的研究及产业化”也顺利完成。据我国国家知识产权局资料统计，截止2005年4月，我国共有6636项纳米专利和专利申请技术，其中医药类纳米技术1256项（药物制剂1005项、医药医械251项），占1/5。这些项目20%已具备产业化条件，可推动我国制药工业及相关行业的产业化形成。截止2006年5月，国家食品药品监督管理局批准注册的纳米药物有纳米炭混悬注射液、注射用紫杉醇脂质体、注射用两性霉素B脂质体、普特格兰丁微乳注射液等。已进入临床研究的有胰岛素口腔喷雾剂、益肝灵纳米粒口服液、注射用紫杉醇纳米粒、盐酸多柔比星脂质体注射液、注射用前列地尔脂质体、盐酸多柔吡星脂质体注射液、注射用盐酸阿霉素脂质体、注射用重组人干扰素2b脂质体、硝酸益康唑脂质体凝胶、吲哚美辛脂质体滴眼液、利巴韦林脂质体口服乳、重组人干扰素2b脂质体乳膏、注射用尿激酶脂质体冻干品、人降钙素基因相关肽脂质体注射液和前列腺素E1微乳注射液等品种，另外银杏叶自微乳化软胶囊等已完成临床研究，现正申请生产批件；雷公藤内酯微乳凝胶剂、注射用熊果酸纳米脂质体等已申请临床研究。这表明，我国的纳米药物研究在政府和企业的支持下正蓬勃发展，已经开始进入产业化阶段。1.4纳米药物面临的挑战1.4.1 纳米药物的安全性问题药品是特殊的商品，因此国内外纳米药物的研究开发是在严格的法律法规和相关研究的指导原则的要求下进行的，药物的有效性和安全性评价也有严格的评价体系如药物非临床研究质量管理规范(GLP)、药物临床试验质量管理规范（GCP)等。但是，作为一种与民众健康密切相关的特殊商品，纳米药物在呈现诱人的纳米生物效应同时，其安全性问题也不容忽视。其原因主要有以下几个方面：1) 纳米药物可以通过多种途径进入机体，口服和静脉注射是最常见的给药途径，因此安全性评价中应该关注纳米粒对血液循环系统的影响、对消化系统的影响、对各种屏障系统的损伤等。2) 纳米药物的生物效应除与粒径有关外，还与药物或药物载体的粒径、表面电荷、亲水亲脂性、辅料的组成等有关。3) 对药物药理毒理作用的认识一般基于药物分子与机体生物分子和细胞的相互作用，对纳米尺度下载体或药物颗粒与机体生物分子和细胞的行为和作用方式了解不深。4) 现有GLP评价体系偏重于应用、多局限于药物对器官、组织层次的毒性观察，已不能满足纳米药物安全性评价的要求。例如，根据现行药品注册管理办法的规定，对于“同一活性成分制成的小水针、粉针剂、大输液之间互相改变的药品注册申请，给药途径和方法、剂量等与原剂型药物一致的，一般可以免临床研究”。对纳米药物而言，尽管其剂型从表面上看可能并未改变，但药物经纳米化后其生物体内的药代动力学（PK）和药效学（PD）行为已可能发生了重大变化。因此对纳米药物的安全性评价更应关注纳米药物与细胞及生物大分子的相互作用，即分子毒理学层面的问题。因此在越来越多纳米药物应用于临床之前，针对纳米药物的特殊性，深入系统开展纳米药物的安全性问题研究，十分必要。同时，通过这些研究，增强对纳米药物纳米效应机理的认识，规范我国纳米药物的研究和开发，为我国药品监督管理部门制定纳米药物研究的指导原则、建立规范的纳米药物有效性和安全性评价体系技术指导原则提供科学依据，对更好地开发安全有效的具有自主知识产权的纳米药物具有重大意义。1.4.2 纳米药物质量研究的相关问题目前，药物质量研究内容主要集中于药品的性状、鉴别、检查、含量限度、含量测定、溶出率等基本内容。在我国药典中，与纳米药物有关的内容有“粒度及粒度分布测定法”、“微囊、微球、脂质体制剂指导原则”等，这些内容涉及到粒度、载药量、包封率、突释效应、渗漏率等研究的要求。这些内容在美国、英国、日本以及我国的药典及相关研究指南中均有涉及，对纳米药物的制剂研究起到了重要的指导作用。由于纳米药物的研究尚处于初级阶段，人们对纳米药物的很多问题尚待阐明。纳米药物是通过改变药物的理化性质和生物学特性，进而改变其生物药剂学和药代动力学性质。现有的质量标准研究内容难以充分反映上述性质的改变并有效控制纳米药物的质量。例如，药典中规定溶出度测定时，溶出液取出后应使用滤孔不大于0.8 m的滤膜过滤，对于纳米药物来说，如何选择滤膜还需进一步研究；一些纳米药物可能涉及晶型的问题，质量研究中是否需要进行晶型研究尚未明确。另外，纳米药物的制备首先需要将药物纳米化，然后进一步制成制剂，如纳米悬浮液进一步制成纳米结晶片，纳米悬浮液相当于一种制剂中间体。因此，是否需要采用相关指标评价制剂中间体的质量，采用什么指标进行评价，也是值得研究的问题。目前，国内外尚未对纳米药物的质量标准进行系统研究，但随着国内外纳米药物研究的不断深入，系统开展纳米药物质量标准研究，将有助于我国纳米药物产业的快速健康的发展。参考文献1 Rosen H, Abriba