【基金标书】2010CB934000-基于纳米技术的药物新剂型改善肿瘤治疗效果的应用基础研究

项目名称： 基于纳米技术的药物新剂型改善肿瘤治疗效果的应用基础研究 首席科学家： 李亚平 中国科学院上海药物研究所 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部门： 中国科学院 一、研究内容 1、拟解决的关键科学问题 本项目 围绕采用纳米技术 ， 设计、构建抗肿瘤纳米药物新剂型，改善肺癌和乳腺癌治疗效果这一 中心 目标，拟解决三个关键科学问题： （ 1） 抗 肿瘤转移和 降低肿瘤 耐药性的功能化纳米材料设计与新剂型构建 ； （ 2） 纳米药物新剂型抗肿瘤转移和 降低肿瘤 耐药性的作用机理 ； （ 3） 纳米材料与传 统药物组成载药系统 ， 协同增效后是否会产生新的安全 性问题 及其毒理学效应机制 。 2、主要研究内容 针对采用纳米技术改善 肺癌和乳腺癌 治疗效果这一目标和 拟解决的关键科学问题， 本项目拟采用新型的功能 化 纳米材料和技术， 设计、 构建安全、高效的抗 肿瘤转移及 降低肿瘤耐药性 的纳米 药物新剂型， 研究纳米药物新剂型抗肿瘤转移 和 降低肿瘤耐药性的 药效与 机理 ，研究 纳米药物新剂型及相关纳米材料的生物安全性。运用 化学、生物、药学、纳米 科学等手段 ， 从分子、细胞、组织和整体动物水平四个层次开展以下工作 ： （ 1） 纳米药物新剂型 的构建 及其相应 功能 化纳米材料的 设计、 合成与表征 根据构建抗肿瘤 转移或降低肿瘤 耐药性纳米药物新剂型的需要，通过分子设计、改性和修饰等技术，合成相关的纳米 新 材料，并对其各种特性进行表征 ； 针对肿瘤转移的特点，设计、构建 能够特异性增加化疗药物在肿瘤组织或细胞中富集，显著提高化疗药物 对肿瘤转移病灶部位或肿瘤组织新生淋巴管 选择性的 纳米药物新剂型，并对其特性进行表征 ； 设计构建能在进入肿瘤细胞后，对肿瘤细胞内特殊环境具有刺激响应性的纳米药物新剂型，并对其特性进行表征 ； 设计、 构建 能同时携载 基因 药物或化疗药物增敏剂与化疗药物的纳米药物新剂型，并 对其特性进行表征。 （ 2） 纳米药物新剂型 抗肿瘤 转移的药效和 机理 研究 以 紫杉 烷类 、阿霉素 和铂类 等 抗肿瘤药物 为模型药物， 利用淋巴系统的生理学特征及核素等示踪技术， 比较研究 纳米药物新剂型 的组成 、 结构和特性 等 对肿瘤细胞特异性摄取和毒性的影响 ，以及 对进入淋巴系统与肿瘤组织新生淋巴管 的亲和性及淋巴转移肿瘤选择性的影响 ； 研究 不同纳米药物 新剂型 对肿瘤细胞从原发瘤解离，并进入周围组织的能力，肿瘤细胞进入脉管系统的能力，肿瘤细胞与血管及淋巴管、淋巴结内皮细胞粘附 “着床 ”的能力，以及着床瘤细胞向周围浸润、生长繁殖、形成转移瘤等能 力的影响 ； 研究 纳米药物新剂型 进 入淋巴系统、肿瘤组织新生淋巴管和肿瘤转移灶的速度与程度，以及抗淋巴转移肿瘤和抑制肿瘤淋巴转移的药效，优选出局部给药安全 ， 进入淋巴系统速度快 或 与肿瘤组织新生淋巴管 有高 亲和 能力， 抗肿瘤转移效果好 的纳米药物新剂型 ； 利用纳米药物新剂型激发免疫系统固有免疫反应水平的特性，研究增强免疫细胞攻击淋巴结中转移肿瘤细胞的能力。 （ 3） 纳米药物新剂型 降低 肿瘤耐药性 的 机理研究 以紫杉 烷类 、 阿霉素 和铂类 等 抗肿瘤药物 为研究药物 ， 选择 肺癌和乳腺癌 的典型 耐药细胞株，考察纳米 药物 新 剂型 的 摄取、胞内滞留 和 转运等过程，测定肿瘤耐药细胞的细胞周期、细胞膜流动性等参数，从细胞水平研究其与 纳米 药物 新剂型 的 剂型因素和特性 的 关系 ； 研究 给予纳米药物 新 剂型后，耐药细胞中药物浓度 等参数的变化，测定 酶的活性，检测多药耐药转运蛋白、细胞凋亡相关蛋白及其编码基因的改变，从分子水平探讨 纳米 药物 新剂型 的组成、结构 和 特性 等 对这些参数的影响 ； 选 用 肺癌或乳腺癌 典型 耐药细胞和相应敏感细胞建立的肿瘤动物模型，研究纳米 药物 新 剂型 在模型动物体内的吸收、分布、代谢和 排泄等动力学过程 及 在体内耐药肿瘤和敏感肿瘤中的分布特点， 并 进行体内药效学评价，从整体动物水平上考察纳米 药物 新 剂型 的 剂型因素和特性 等 与其体内过程之间的关系。 （ 4） 抗 肿瘤 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的生物安全性 研究 研究抗 肺癌和乳腺癌转移 或 降低 肿瘤耐药性 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的组成、结构 和 特性等对细胞分裂、增殖 和 凋亡等过程 及 相关信号传导通路调控的影响，在细胞水平上初步阐明抗 肿瘤 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的生物安全性 ； 研究 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 在体内的代谢情况，包括在巨噬细胞和白细胞内的代谢过程，在基因和蛋白质水平上研究纳米药物新剂型 及其相关纳米材料 与生物大分子和 细胞的相互作用规律 ； 对 显著改善抗 肺癌和乳腺癌转移或 降低 肿瘤耐药性的 纳米 药物 新剂型 及相关纳米材料 ,与传统制剂对比研究 在整体动物水平上 的药代动力学特征与毒性的关系 ， 揭示纳米材料与传统药物组成载药系统、协同增效后是否会产生新的安全 性 问题 ，并 与普通制剂比较 研究 在整体动物水平上 的 急性毒性、长期毒性和一般药理学等 ， 通过纳米药物新剂型降低抗肿瘤药物毒性，提高药物安全性， 为本项目的后续应用开发提供保障 。 二、预期目标 1、总体目标 采用功能化 的 纳米 新 材料，设计、构建具有自主知识产权、高效、安全的抗肿瘤 纳米药物新剂 型；在分子、细胞、组织和整体动物水平上揭示纳米药物新剂型抗肿瘤 转移 和降低肿瘤 耐药性的 药效及其 机理 ；初步阐明 纳米材料与传统药物组成载药系统、协同增效后 影响 其 生物安全性的关键因素；在纳米技术改善肺癌和乳腺癌 治疗现状 的应用基础研究方面取得一批重要的原创性成果；培养一批具有国际影响的学术带头人，提高我国纳米生物医药技术的国际竞争力。 2、五年预期目标 （ 1）突破性进展 通过本项目的实施，将在纳米技术改善肿瘤治疗效果的理论、方法和技术等方面取得突破性进展： 揭示纳米药物新剂型抗肿瘤 转移 与降低肿瘤 耐药性 的机理，力 争在纳米技术改善肺癌和乳腺癌治疗效果的理论上取得突破 ； 采用 化疗 药物与基因药物或 化疗增敏剂 共输送、协同增效 的新思路， 构建安全、可控并具有抗肿瘤 转移和 降低肿瘤 耐药作用 的纳米药物新剂型，在改善肺癌和乳腺癌治疗效果的技术上取得突破 ； 提高一批抗肺癌和乳腺癌 转移 或 降低肿瘤 耐药 性 药物 的功效，为产生一批 采用 纳米技术改善肿瘤治疗效果的潜在产品奠定基础。 （ 2）研究成果 获得拥有自主知识产权， 具有潜在应用价值，且能用于构建抗肿瘤纳米药物新剂型的功能性纳米材料 8获得 9种以上具有显著抗肺癌或乳腺癌 转移与 降 低肿瘤 耐药性作用的 纳米药物新剂型 ； 初步 建立 纳米技术抗肿瘤 转移与 降低肿瘤 耐药 性 的技术体系， 提高 34个 治疗 肺癌或乳腺癌 药物 的功效 ； 完成 12个抗肺癌或 乳腺癌纳米药物新制剂的临床前评价，力争 1个抗肿瘤纳米药物新制剂获得临床批件 ； 初步 建立抗 肿瘤纳米 药物 新剂型生物安全性评价的技术体系，完成 12个抗肿瘤纳米药物新制剂的生物安全性评价 ； 取得一批具有国际影响的原创性成果， 在 国际重要学术刊物，包括在表高质量论文 100篇以上， 申请国内外专利 20 培养一批有国际影响的中、青年学术带头人和学术骨干， 培养硕士研究生 40名、博士研究生 30名和博士后 10名 。 三、研究方案 1、学术思路 围绕采用纳米技术 ， 设计、构建抗 肿瘤 纳米药物新剂型， 提高 肿瘤治疗效果这一 中心 目标，结合拟解决的关键科学问题，确定本项目的学术思路为： 重点针对二种肿瘤（ 肺癌和乳腺癌 ） 难以治愈和导致死亡的二个重要科学问题 (转移 和耐药 )，采用四种技术手段 (靶向新生淋巴管、靶向 肿瘤 转移病灶、 细胞 内刺激 响应性和药物共输送 )，构建 九 种以上 具有全新结构和特性的抗 肿瘤 纳米药物 新剂型，使其主要具备二种 突 出功能（抗转移 和 抗耐药） , 实现 显著 改善肺癌和乳腺癌治疗效果 的 最终 目标，见图 1（ 。 图 1 项目总体学术思路 2、研究 方案 （ 1）功能化纳米材料的合成及 纳米药物新剂型 的构建与表征 针对设计、构建抗 肿瘤转移与降低肿瘤 耐药性纳米 药物 新剂型 的需要，采用高分子材料学、生物材料学及有机合成化学等的方法和原理，通过分子设计、改性 和修饰 等技术合成可生物降解、安全 的相关纳米材料，包括聚酯类高分子 、功能化 两亲性高分子 、树枝状 大分子、 脂质材料和 无机纳米材料等，并 对其 性状、结构、生物物理特性、载药 与 药物释放特性、特异性的纳米效应等进行表征。 针对 肿瘤 转移的特点，通过采用 对纳米药物载体进行修饰，设计 、 构建对 新生淋巴管内皮细胞具有较强主动识别功能， 抑制肿瘤新生淋巴管生长，预防肿瘤淋巴 转移的纳米药物 新剂型 ；通过采用 叶酸、 对纳米药物载体进行修饰，设计 、 构建对 肺癌或乳腺癌转移 病灶 肿瘤细胞具有较强主动识别功能，能够特异性增加化疗药物在肿瘤组织或细胞中富集，显著提高化疗药物 对肿瘤转移病灶部位的 选择性 ， 杀死已 转移与扩散的肿 瘤 细胞，治疗肿瘤 转移的纳米药物 新剂型 ；针对毛细淋巴管与毛细血管管壁孔隙大小的差异，构建可通过局部注射导向淋巴系统的纳米药物新剂型，并采用叶酸、 建可在淋巴系统内主动靶向淋巴转移肿瘤的纳米药物新剂型， 如功能化的自组装纳米粒、纳米胶束、纳米乳、纳米脂质体等 ，并 对其结构、组成、细胞和组织特异性等进行表征和评价。 针对 降低肿瘤 耐药 性 的需要，设计 、 构建能通过被动靶向与主动靶向 相结合进入肿瘤组织 与 细胞，并能对肿瘤细胞内特殊环境具有 刺激 响应性，包括对肿瘤细胞内的酶响应性、谷胱甘肽还 原响应性、内涵体和早期溶酶体的 应性等的纳米药物新剂型， 如功能化自组装纳米粒、纳米胶束、纳米乳、脂质纳米粒等， 对其在细胞内 刺激 响应性产生的药物释放行为等进行表征。 鉴于 大量基础研究结果显示，一些原癌基因在肿瘤细胞的高表达直接导致肿瘤细胞对化疗药物敏感 性 下降，并最终造成肿瘤细胞耐药，本项目拟设计 、构建 能同时携载 微小 其反义物） 与 化疗药物的纳米药物新剂型，如 米凝胶、 功能化自组装纳米粒、纳米乳、纳米脂质 体 等 ， 对其同时携载 外，还设计、构建能同时携载化疗药物和化疗增敏剂的 纳米药物新剂型，并对其进行表征。 （ 2） 纳米药物新剂型 抗肿瘤 转移的药效与 机理研究 利用肿瘤组织新生淋巴管的生理学特征 ，肿瘤转移启动过程及其微环境特征等， 运用放射性核素和荧光示踪技术，研究 采用 剂型 对 新生淋巴管内皮细胞的主动识别作用；研究 纳米药物新剂型 的组成、结构 和 理化特性，尤其是 纳米尺度、寻靶分子等 对新生淋巴管内皮细胞选择性的影响，阐明 纳米药物新剂型 的特性 与 抑制肿瘤新生 淋巴管的生长，预防肿瘤淋巴 转移 效果间的关系 。 利用转移肿瘤细胞表面一些特异性受体高表达的特点， 以紫杉烷类药物（如 紫杉醇） 、 阿霉素 和铂类药物（如顺铂） 等 抗肿瘤药物 为研究药物 ，研究 采用 叶酸、 修饰过的纳米药物载体对 肺癌或乳腺癌转移瘤细胞的主动识别作用， 寻找最佳的寻靶分子；研究 不同修饰的纳米药物 新剂型 对肿瘤细胞从原发瘤解离，并进入周围组织的能力，肿瘤细胞进入脉管系统的能力，肿瘤细胞与血管及淋巴管、淋巴结内皮细胞粘附 “着床 ”的能力，以及着床肿瘤细胞向周围浸润、生长繁殖、形成转移瘤等能 力的影响； 研究 纳米药物新剂型 特异性增加化疗药物在肿瘤组织或细胞中富集，提高化疗药物 对肿瘤转移病灶部位 选择性，杀死已 转移与扩散的肿 瘤 细胞，治疗肿瘤 转移的效果。 利用组织间隙内毛细淋巴管的生理学特征，运用放射性核素和荧光示踪技术，研究纳米药物新剂型导向淋巴系统的效果；研究 功能化 纳米药物新剂型 的组成、结构 和 理化特性 ， 尤其是 纳米尺度、表面亲水性和荷电性质等 对淋巴系统导向速度和程度、 对注射部位和正常淋巴结损伤程度 的影响，阐明 纳米药物新剂型 的特性 与正常 组织 的 安全性、 抗淋巴系统转移 肿瘤 效果间的关系 。 选 择转移瘤细 胞表面高表达的目标蛋白分子（如 将沉默这些高表达蛋白分子的 如 叶酸、 铁蛋白 和 单链片段抗体 修饰等） 组装到纳米药物新剂型上，利用纳米药物新剂型将 时利用纳米药物新剂型激发免疫系统固有免疫反应水平的特性，促进免疫细胞攻击转移到淋巴结中的肿瘤细胞，通过上述两种作用的有机结合来抗淋巴转移肿瘤。 （ 3） 纳米药物新剂型 降低 肿 瘤耐药 性 的 机理研究 选择临床上治疗肺癌和乳腺癌的一线药物，包括铂类药物（顺铂、奥 铂等）、紫杉烷类药物（紫杉醇、多西他赛）、阿霉素和氟脲嘧啶等，以肺癌和乳腺癌的典型耐药细胞株 、 和 及相应的敏感细胞株作为模型， 研究纳米药物新剂型 与 肿瘤耐药细胞和敏感细胞的 结合 /粘附、摄取、 胞内 滞留 和 转运等过程与经时变化规律，研究其入胞速度与程度、胞内分布与动力学过程，比较纳米药物新剂型在肿瘤耐药细胞和敏感细胞中的行为特征及其抗肿瘤活性，揭示纳米药物新剂型的组成、结构和特性对其入胞过程及胞内行为的影响，阐明其与降低肿瘤耐药性之间的关系。 研究纳米 药物新剂型对 肺癌和乳腺癌 细胞凋亡信号转导的影响，通过形态学观察、 胶电泳、酶联免疫（ 等检测肿瘤细胞的细胞凋亡，测定葡萄糖神经酰胺合成酶（ 活性，测定 与 肿瘤细胞凋亡相关蛋白（ ）及编码基因的表达，探讨细胞凋亡信号转导与纳米药物新剂型降低肿瘤耐药间的关系。 研究纳米药物新剂型对肿瘤耐药细胞药物外排系统和细胞解毒途径的影响，通过测定纳米药物新剂型在肿瘤耐药细胞和敏感细胞中的药物浓度，细胞中的 活性，肿瘤耐药转运蛋白（ ）及编码基因的表达，阐明药物外排系统与纳米药物新剂型降低肿瘤耐药性的关系；通过测定细胞中谷胱甘肽的含量及谷胱甘肽 S 转移酶的活性，揭示细胞解毒途径与纳米药物新剂型降低肿瘤耐药性的关系。 研究纳米药物新剂型在肿瘤耐药细胞和敏感细胞动物模型体内的药物动力学行为和药效，考察其在体内各组织、器官中 的 分布，探讨纳米药物新剂型在肿瘤部位 的 分布特征及动力学行为，测定纳米药物新剂型抑制肿瘤生长、抑制内肿瘤细胞凋亡、肿瘤耐药转运蛋白（ 细胞凋亡相关蛋 白及编码基因的表达，从整体动物水平探讨纳米药物新剂型降低肿瘤耐药的作用机理。 （ 4） 抗癌药物纳米新剂型 及相关纳米材料 生物安全性 研究 研究抗 肿瘤转移 或 降低 肿瘤耐药 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的组成、结构和特性等对 肿瘤 细胞分裂、增殖 和 凋亡等过程和相关信号传导通路调控的影响，用表达谱基因芯片检测 纳米 载体材料对靶细胞基因表达的影响，并找出相关基因，阐明不同纳米药物新剂型 及相关纳米材料 产生毒性的靶点、作用机理和作用规律，在细胞水平上初步揭示抗 肿瘤 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的 生物安全性。 研究 纳米药物新剂型 及 相关纳米材料 对机体免疫系统影响，包括对吞噬细胞吞噬功能的影响，在巨噬细胞和白细胞内的代谢过程，对 用免疫学方法，研究体内特异性抗体的产生、特异性的 细胞生物学和分子生物学的手段，研究在不同条件下（浓度、时间 和 次数等），不同纳米药物新剂型 及相关纳米材料 对细胞中的特定蛋白质、细胞膜和细胞结构与功能的影响。 对 显著改善抗肿瘤 转移 或 降低 肿瘤耐药 性 的 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 ,以不同种类及不同状态的动物（小鼠、大鼠、兔 和 犬等）为模型，采用不同的给药方案（剂量、给药次数 和 周期等）给药后，研究不同纳米药物新剂型 及相关纳米材料的 吸收、分布、代谢和排泄等体内 药物动力学过程，揭示 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的药代动力学特征与毒性的相关性。 对 显著改善抗肿瘤（ 肺癌和乳腺癌）转移 或 降低 肿瘤耐药 性 的 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 , 采用毒理学 的 方法 ， 在整体动物 （小鼠、大鼠、兔 和 犬等） 水平上 进行包括 急性毒性、长期毒性和一般药理学等安全性 评价研究； 采用形态观察和生化检测等方法，考察不同纳米药物新剂型 及相关纳米材料 对分布较多的组织或器官（如淋 巴组织、血液 、 心、肝、脾、肺、肾等）的形态和功能的影响，如有明显改变，则研究其作用的可逆性以及长期应用的影响等。 3、技术途径 本项目将采用多学科相互交叉、渗透和有机结合的模式，以 纳米药物 新剂型抗 肿瘤转移 或 降低 肿瘤耐药，改善肺癌和乳腺癌的治疗效果为目标， 通过合成新的功能性纳米材料，设计、构建可调控的纳米 药物 载体，利用先进的纳米表征技术和体内外检测手段，系统地研究 纳米 药物 新剂型的组成成分、 组装机制、 结构特性、理化特性 、体内外的作用机理和生物效应， 为揭示纳米技术进一步 改善肺癌和乳腺癌治疗效果 提供研究方法和理论 依据，具体技术途径 见图 2。 4、创新性 本项目在学术思路、材料、剂型 和 技术等方面都具有明显的创新性。 提出新思路， 抓住 “转移 ”与 “耐药 ”这两个造成肿瘤难以治愈和复发的关键问题，提出采用功能化的纳米材料构建纳米药物新剂型，从 分子、细胞、组织和整体动物水平上系统揭示 抗 肿瘤转移与降低肿瘤 耐药性的机理 ，探索其生物安全性的评价方法，力争在改善肿瘤治疗 的 效果方面取得突破。 图 2 纳米药 物新剂型改善肿瘤治疗 效果 的 技术途径 功能性纳米材料、纳米药物新剂型的设计、构建与表征 功能性纳米材料的设计、合成、改性、修饰及表征 抗肿瘤转移的纳米药物新剂型设计、构建、表征及质量研究 降低肿瘤耐药纳米药物新剂型的设计、构建、表征及质量研究 纳米药物新剂型抗肿瘤转移和 降低肿瘤耐药的作用机理 机理研究 纳米 药物 新剂型 的组成、结构和理化特性 对淋巴系统导向效果的影响 纳米 药物 新剂型的组成、结构和特性对 肿瘤 新生淋巴管内皮细胞生长抑制 作用的影响 纳米 药物 新剂型 的组成、结构和 理化特性 对其 降低肿瘤细胞 耐药性的作用机理 纳米药物新剂型抗肿瘤转移的 药效 学与药动学研究 纳米药物新剂型降低肿瘤耐药的药效学与药动学研究 改 善肿瘤治疗 纳米药物新剂型的生物 安全性评价 纳米 药物 新剂型 靶向肿瘤转移细胞，抗肿瘤 细胞 转移 与扩散 的机制研究 纳米药物新剂型改 善肿瘤治疗的 药效学与生物安全性 评价研究 基于纳米技术的药物新剂型改善肿瘤治疗效果的研究 纳米 药物 新剂型 的胞内 动力学、对相关酶作用、蛋白的表达 与 编码基因变化和药效 合成新材料 ， 针对 “抗 肿瘤转移 ”与 “降低肿瘤 耐药性 ”的明确需求，进行目标导向的纳米药物新剂型设计， 集成化学改性 和纳米表面修饰 等新技术，合成一系列可生物降解、安全 的纳米新材料，这些纳米材料 都将是针对上述具体目标，由本团队成员首先合成并开展了相关研究。 构建新剂型 ，基于 抗 肿瘤转移与降低肿瘤 耐药性的机理研究，采用 本团队成员合成的 纳米新材料，设计、构建 一系列具有特殊功能的 纳米药物新剂型，如具有共输送化疗药物和 能，同时又对 溶酶 体 内环境具 应性 的纳米载体 等 ，在国际上尚未见报道。 发展新技术， 针对 抗 肿瘤转移与降低肿瘤 耐药性的需要，发展一系列新技术，如化疗药物与其增敏剂或基因药物的共输送技术； 针对新生淋巴管特点，发展主动靶向并抑制其生长、预防肿瘤的淋巴转移技术； 利用 纳米 载体 的淋巴结蓄积和激发免疫系统的双重作用来 抗淋巴转移 肿瘤的新技术 等。 5、 可行性分析 目标明确、 内容 具体 ： 采用自主创新的功能化纳米材料，设计、构建具有自主知识产权、高效、安全的抗癌纳米药物新剂型，通过在分子、细胞、组织和整体动物水平上对纳米药物新剂型抗肿瘤 转移 及 降低肿瘤耐药性的作用机理研究和 生物安全性研究，实现改善肺癌和乳腺癌的治疗效果这一目标。项目的主要研究内容是在总结前期研究的基础上，结合学科的最新发展和国家需求，对前期工作的提炼、深化、延伸和发展， 研究内容具体，研究目标明确，不仅结合了项目组成员前期的研究积累，也包含项目组成员的原创性研究思想。 基础扎实、硬件一流： 项目组成员已在 纳米材料的设计，纳米药物新剂型的构建及其抗 肿瘤转移 与 耐药性作用机理、 生物安全性研究等方面有丰富的积累，在国内外一流的学术期刊上发表了多篇与前期研究工作密切相关的论文，并有多个相关新剂型研究的经验， 取得了 一批重要的前期成果，在国内外产生了一定的影响。 这些 前期研究成果 为本项目的实施奠定了良好的研究工作基础， 为本项目的顺利完成，提供了宝贵的经验积累，蕴含着取得重要突破的良机 。 项目承担单位 拥有多个相关国家实验室 、国家重点实验室 或省部级实验室的一流硬件设施与药物研究技术平台，包括用于 纳米材料合成与表征及纳米新剂型构建与表征的 各类先进仪器，开展 抗 肿瘤转移 及 降低肿瘤 耐药 性 机理与 生物安全性研究 等的各类设施，为本项目的顺利完成，提供了强有力的保障。 优势团队、一流人才： 本项目集中了一批具有纳米科学、生物材料学、化学、 药剂学、药物动力学、药理学、毒理学、分子生物学研究 等领域 学术水平高、富有 进取精神和创新意识 的优秀研究人员，他们来自 四 个我国重要的相关研究机构和 四个 国家或省部级重点实验室，长期以来，这些单位的研究人员在共同承担国家重大科研项目的过程中团结协作、优势互补，课题组之间已经形成了紧密的合作关系，组成了有机的整体 ； 在 纳米材料合成、纳米 药物 新剂型设计、肿瘤治疗与生物安全性 研究方面积累了丰富经验。该研究队伍已成为我国纳米生物医学创新研究的优秀研究群体 之一 ，为本项目的实施和完成奠定了良好基础。 6、 组织方式 在组织上 强调体系化，瞄准总体目标，追求可持续发展。组织管理和运作体制分项目和课题两个层次。项目设首席科学家 1 人， 实行项目首席科学家负责制，由项目首席科学家负责组织、管理、监督、协调 整个项目的实施。首席科学家聘任若干专家组成项目专家组，参与项目的组织、运行 、 领导和管理，协助首席科学家，审核和确定项目的学术思想、技术路线及研究计划，指导协调各课题的工作，督促并考核各课题的进展情况。项目专家组由各学科领域成就卓著的专家组成，承担单位之外的专家将占较大比例。 在项目实施过程中，注重单项技术 的 集成整合 、 技术平台 和信息 资源 共享 、 人才队伍 交叉融合。 在充分发挥项目各承担单位的学科优势和关键技术研究实力的基础上，强调优势力量的整合和协同攻关，克服“各自为战”的做法，形成功能配套、布局合理、机制灵活的创新体系 ，将项目实施的一体化 运 行机制落到实处 。 7、研究课题设置 根据项目的总体目标、拟解决的关键科学问题和学术思路，以采用 纳米技术改善肿瘤的治疗效果为核心，精心选择突破点， 设置如下四个课题： 课题一 抗肿瘤纳米药物新剂型及相关纳米材料的设计与构建 课题二 纳米药物新剂型抗肿瘤转移的药效与机理研究 课题三 纳米药物新剂型降低肿瘤耐药性的机理研究 课题四 纳米药物新剂型及相关纳米材料的生物安全性研究 8、课题间相互关系 课题一 针对采用纳米技术改善 肿瘤治疗效果的需要，设计、合成 新的 功能性纳米材料，并在此基础上设计、构建具有 抗肿瘤转移和降低肿瘤耐药性 的纳米药物 新剂型 ，对纳米药物载体和 相关 纳米材料进行表征， 为 抗肿瘤转移 （ 课题二 ） 、降低肿瘤耐药性 （ 课题三 ）及生物安全性（ 课题四 ）研究提供 物质基础。 课题二 根据 “课题一 ”提供 的纳米药物 新剂型 ，在分子、细胞、组织和整体动物水平上研究其 抗肿瘤转移的药效与 机理 ， 并将信息反馈给 “课题一 ”，为 “课题一 ”对功能性纳米材料 的改进 和纳米药物 新剂型 的进一步优化提供实验依据，同时提供给 “课题四 ”进行安全性研究，根据 “课题四 ”的 研究结果，设计安全用药剂量和给药途径 。 课题三 根据 “课题一 ”提供的纳米药物 新剂型 ，在分子、细胞、组织和整体课题一 抗肿瘤纳米药物新剂型及相关纳米材料的设计与构建 课题二 效 抗 纳 与 肿 米 机 瘤 药 理 转 物 研 移 新 究 的 剂 药 型 课题三 的 降 纳 机 低 米 理 肿 药 研 瘤 物 究 耐 新 药 剂 性 型 课题四 纳米药物新剂型及相关纳米材料的生物安全性研究 纳米药物 新 剂型 改善 肿瘤治疗 动物水平上研究其降低 肿瘤耐药性 的作用机理，并将信息反馈给 “课题一 ”，为 “课题一 ”对纳米药物 新剂型和相关 功能性纳米材料的进一步优化提供实验依据，也为 “课题四 ”的研究开展提 供理论和实验依据。 课题四 应用 “课题一 ”、 “课题二 ”和 “课题三 ”提供的纳米药物 新剂型 和 抗肿瘤转移与降低肿瘤耐药性 的机理研究成果，在分子、细胞、组织和整体动物水平上进行 纳米药物新剂型及相关纳米材料的 药动学、药效学和 生物安全性 研究，同时将信息反馈给 “课题一 ”、 “课题二 ”和 “课题三 ”，为纳米药物 新剂型及相关纳米材料 的进一步优化 和 抗肿瘤转移与降低肿瘤耐药性 机理的进一步研究提供指导。 通过 “课题二 ”、 “课题三 ”和 “课题四 ”对 “课题一 ”提供的纳米药物 新剂型 研究和信息反馈，对纳米药物 新剂型 及 相关纳米材料 进行优化，并再经 “课题二 ”、 “课题三 ”和 “课题四 ”的循环研究，直至构建出安全、可控的纳米药物 新剂型 ，实现改善 肺癌和乳腺癌治疗效果 的最终目标。 9、课题名称、主要研究内容、目标及相关信息 课题一： 抗肿瘤纳米药物新剂型及相关纳米材料的设计与构建 （ 1）研究目标 获得拥有自主知识产权， 具有潜在应用价值，且能用于构建抗肿瘤纳米药物新剂型的功能性纳米材料 8 获得 具有显著抗肺癌或乳腺癌 转移的 纳米药物新剂型 4，显著降低肿瘤 耐药性的 纳米药物新剂型 4 取得一批原创性成果， 发表高质量论文 30篇以上， 申请国内外 专利 4 培养 硕士研究生 10名、博士研究生 8名和博士后 3名 （ 2）主要研究内容 根据构建抗肿瘤 转移或 降低 耐药性纳米药物新剂型的需要，采用生物材料学、高分子和有机合成化学等方法和原理，通过分子设计、改性和修饰等技术，合成相关的纳米 新 材料，包括聚酯类高分子、树枝状高分子、脂质材料和无机纳米材料等，并对其各种特性进行表征。 针对肿瘤转移的特点，通过对 纳米药物载体 进行修饰，设计 、 构建 能够特异性增加化疗药物在肿瘤组织或细胞中富集，显著提高化疗药物 对肿瘤转移病灶部位和新生淋巴管 靶向性、或同时兼备对淋巴系 统导向性和转移肿瘤细胞靶向性的 纳米药物新剂型 ， 如功能化自组装纳米粒、纳米胶束、纳米乳、脂质纳米粒等 ，并对其理化特性进行表征 。 为使 化疗药物在肿瘤细胞内快速释放以杀死肿瘤细胞， 根据 肿瘤细胞内的特殊环境，设计 、 构建能在进入肿瘤细胞后，对肿瘤细胞内特殊环境具有刺激响应性的纳米药物新剂型，如对肿瘤细胞内的酶响应性、还原响应性、 型 ，并对其理化特性进行表征。 根据共输送多种药物、协同增效 ， 降低肿瘤耐药 性 的需要， 设计 、 合成能同时携载 小 其反义物）或化疗药物增敏 剂与化疗药物的纳米药物新剂型，增加肿瘤耐药细胞对化疗药物的敏感性，并对其理化特性进行表征。 （ 3）承担单位、课题负责人及主要学术骨干 承担单位 ： 中国科学技术大学 参加单位： 中国科学院上海药物研究所 课题负责人及主要学术骨干 课题负责人：王均 主要学术骨干： 王中夏、尤业字、顾王文、李婉、刘伟为、张玲、 程静、李来胜 （ 4）经费比例 占总资助经费的 20。 课题二 纳米药物新剂型抗肿瘤转移的药效与机理研究 （ 1）研究目标 初步 建立 纳米技术抗肿瘤 转移 的技术体系， 揭示 纳米药物新剂型抗肿瘤转移的 机理 改善 3 抗肿瘤药物在治疗肿瘤转移方面 的功效，提高肺癌或乳腺癌的治疗效果 取得一批原创性成果， 发表高质量论文 20篇以上， 申请国内外专利 4 培养 硕士研究生 10 名、博士研究生 8 名和博士后 3 名 （ 2）主要研究内容 以 紫杉 烷类 、阿霉素 和铂类 等 抗肿瘤药物 为模型药物， 利用淋巴系统的生理学特征 ，肿瘤转移启动过程和微环境特征 及核素与荧光素等示踪技术， 比较研究 纳米药物新剂型 的组成、结构和理化特性 等 对肿瘤细胞特异性摄取和毒性的影响；选用巨噬细胞，比较研究 纳米药物新剂型的尺度、表面亲水性和荷电性、功能化纳 米材料比例或寻靶分子修饰程度等对规避巨噬细胞摄取的影响，优化纳米药物新剂型的处方。 研究 纳米药物新剂型 的组成、结构 和 理化特性 等 对进入淋巴系统与新生淋巴管亲和性及淋巴转移肿瘤选择性的影响 。 研究 不同纳米药物 新剂型 对肿瘤细胞从原发瘤解离，并进入周围组织的能力，肿瘤细胞进入脉管系统的能力，肿瘤细胞与血管及淋巴管、淋巴结内皮细胞粘附 “着床 ”的能力及着床瘤细胞向周围浸润、生长繁殖、形成转移瘤等能力的影响 。 研究 纳米药物新剂型 对注射部位和正常淋巴结的损伤程度， 将 药物导入淋巴系统、新生淋巴管和肿瘤转移灶的速度与程度 ，以及抗淋巴转移肿瘤和抑制肿瘤淋巴转移的药效，优选出局部给药安全、进入淋巴系统速度快、抗肿瘤转移效果好 的纳米药物新剂型， 阐明 纳米药物新剂型 的特性对 肿瘤抑制效果及组织安全性的关系。 将 微小 其反义物）或化疗药物增敏剂 与化疗药物共同包载于纳米药物新剂型中进行共输送，开展 干扰肿瘤转移启动过程， 抗淋巴转移肿瘤和抑制肿瘤淋巴转移功效的研究；利用纳米药物新剂型激发免疫系统固有免疫反应水平的特性，研究增强免疫细胞攻击淋巴结中转移肿瘤细胞的能力 。 （ 3）承担单位、课题负责人及主要学术 骨干 承担单位 ： 中国医学科学院基础医学研究所 参加单位： 中国科学院 高能物理研究所 课题负责人及主要学术骨干 课题负责人： 左萍萍 主要学术骨干： 许海燕、刘年庆、刘雁勇、孙立红、孙立红、杨楠、孟洁、郝文宇 （ 4）经费比例 占总资助经费的 25。 课题三： 纳米药物新剂型 降低 肿瘤耐药 性 的机理研究 （ 1）研究目标 初步 建立 纳米技术降低肿瘤 耐药性 的技术体系，改善 3肿瘤药物在降低肿瘤耐药方面 的功效。 完成 1抗肺癌或乳腺癌纳米药物新制剂的临床前研究，力争 1 个抗肿瘤纳米药物新制剂获得临床批件 。 取得一批原创性成果， 发表高质量论文 20篇以上， 申请国内外专利 10 培养 硕士研究生 10 名、博士研究生 8 名和博士后 3 名 （ 2）主要研究内容 以紫杉 烷类、 阿霉素 、铂类 和氟脲嘧啶 等抗肿瘤药物 为研究药物 ， 选择肺癌和乳腺癌 的典型 耐药细胞株，考察纳米 药物 新 剂型 的 摄取、胞内滞留、转运等过程，测定肿瘤耐药细胞的细胞周期、细胞膜流动性、细胞毒性、细胞增殖与凋亡等参数，从细胞水平研究其与 纳米 药物 新剂型 的 剂型因素和特性 的 关系。 选择肺癌或乳腺癌的 典型 耐药细胞株，给予纳米药物 新 剂型后，测定耐药细胞中的药物 浓度、 量 等参数的变化，测定 酶的活性，检测多药耐药转运蛋白、细胞凋亡相关蛋白及其编码基因的改变，从分子水平探讨 纳米 药物 新剂型 的组成、结构 和 理化特性 等 对这些参数的影响。 选 用 肺癌或乳腺癌 典型 耐药细胞和相应敏感细胞建立肿瘤动物模型，研究纳米 药物 新 剂型 在模型动物体内的吸收、分布、代谢 和 排泄等动力学过程，定性和定量研究纳米 药物 新 剂型 在体内耐药肿瘤和敏感肿瘤中的分布特点，从整体动物水平上考察纳米 药物 新 剂型 的 剂型因素 和特性 与其 体内过程之间的关系 。 选用耐药肿瘤细胞及相应敏感肿瘤细胞 建立的动物模型， 进行体内药效学评价，包括模型动物的体重变化、肿瘤生长情况 等 ， 从整体动物水平评价纳米药物 新剂型降低肿瘤 耐药 的效果。 （ 3）承担单位、课题负责人及主要学术骨干 承担单位： 中国科学院上海药物研究所 参加单位： 中国科学技术大学 课题负责人及主要学术骨干 课题负责人： 李亚平 主要学术骨干： 钟大放、林莉萍、洪春雁、陈奕、李柯、 杨永新、 高志伟 （ 4）经费比例 占总资助经费的 30。 课题四 纳米药物新剂型及相关纳米材料的生物安全性研究 （ 1）研究目标 阐明不同纳米 药物 新剂型 及相关纳米材料 产生毒性的靶点和作用机理，在分子和细胞水平上揭示纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的生物安全性 。 初步 建立抗 肿瘤 纳米 药物 新剂型生物安全性评价的技术体系，完成 1瘤 纳米药物新制剂的生物安全性评价。 取得一批原创性成果， 发表高质量论文 35篇以上， 申请国内外专利 4 培养 硕士研究生 10 名、博士研究生 8 名和博士后 3 名。 （ 2）主要研究内容 研究抗 肺癌和乳腺癌转移 或 降低 肿瘤耐药性 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的组成、结构 和 理化特性等对细胞分裂、增殖、凋亡等过程 及 相关信号传导通路调控的影响，在细胞水 平上初步阐明抗癌纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的生物安全性。 研究 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 在体内的代谢情况，包括在巨噬细胞和白细胞内的代谢过程，在基因和蛋白质水平上研究纳米药物新剂型 及其相关纳米材料 与生物大分子和细胞的相互作用规律。 对 显著改善抗 肺癌和乳腺癌转移 或 降低 肿瘤耐药性的 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 ,与传统制剂对比研究 在整体动物水平上 的药代动力学特征与毒性的关系 ，揭示 纳米材料与传统药物组成载药系统、协同增效后是否会产生新的安全 性 问题 。 对 显著改善抗 肺癌和乳腺癌转移 或 降低 肿瘤耐药的 纳米药 物新剂型 及相关纳米材料 , 与普通制剂比较 研究 在整体动物水平上 的 急性毒性、长期毒性和一般药理学等 ， 通过纳米药物新剂型降低抗肿瘤药物毒性，提高药物安全性 ， 为本项目的后续应用开发提供保障 。 （ 3）承担单位、课题负责人及主要学术骨干 承担单位 ： 中国科学院 高能物理研究所 课题负责人及主要学术骨干 课题负责人： 秘晓林 主要学术骨干： 陈春英、 吴雁、 白伟、 王勤、关铭、 叶昶、 常雪灵、 李炜 （ 4）经费比例 占总资助经费的 25。 四、年度计划 年度 研究内容 预期目标 第 一 年 根据构建抗肿瘤 转移或 降低 耐药性纳米药物新剂型的需要， 采用高分子材料学、生物材料学及有机合成化学等的方法和原理， 通过分子设计、合成和改性等手段， 设计、合成 可生物降解的 功能性 纳米 新 材料 ， 构建 抗肿瘤 转移或 耐药性 纳米 药物新剂型 ； 建立 不同 的 研究 模型 和方法 ， 以 抗肿瘤药物（ 紫杉 烷类 、阿霉素 和铂类等）为模型药物， 利用淋巴系统的生理学特征 、肿瘤转移启动过程与微环境特征 及核素等示踪技术， 比较研究纳米药物新剂型 的组成、结构和理化特性 等 对新生淋巴管 和 肿瘤细胞特异性摄取和毒性的影响； 建立 不同 的 研究 模型 和方法 ， 以紫杉 烷类、 阿霉素 和铂类 等为研究药物 ， 研究 纳 米 药物新剂型 的 组成、 结构与特性等对 肿瘤 耐药 细胞 摄取、胞内滞留、转运等过程 的影响 ； 建立 不同 的 研究 模型 和方法 ， 研究抗 肺癌和乳腺癌转移 或 降低 肿瘤耐药性 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的组成、结构 和 理化特性等对细胞分裂、增殖 和 凋亡等过程 及 相关信号传导通路调控的影响 ； 开展纳米药物新制剂的临床前研究：制备纳米药物新 制剂 ，优化制备工艺，测定其 包封率、载药量和特外释放等特性，并且对其粒径、电荷、外观进行表征，进行影响因素 试验。 设计、合成与筛选 可生物降解的 功能性 纳米 新 材料 5 种以上 ， 构建 抗肿瘤 转移或 降低 耐药性 纳米 药物新剂型 3 种以上； 阐明 纳米药物新剂型 的组成、结构和理化特性 等 对肿瘤细胞特异性摄取和毒性的影响； 阐明 纳米 药物新剂型 的 组成、 结构与特性等对 肿瘤 耐药 细胞 摄取、胞内滞留、转运等过程 的影响 ； 建立各种研究方法和模型，包括 不同 的 动物模 型以及 各种定量 、 定性 的现代 分析 测试 手段与方法，符合后续研究工作的需要； 阐明 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 的组成、结构 和 理化特性等对细胞分裂、增殖、凋亡等过程和相关信号传导通路调控的影响 ； 开展纳米药物新制剂的临床前研究 ； 在 国际重要学术刊物 上 发表 高质量 文 12 ；申请相关专利3 ；培养博士生 6、硕士生8 、博士后 2。 年度 研究内容 预期目标 第 二 年 通过对 纳米药物 新剂型 进行修饰，设计 、 构建 能够特异性增加化疗药物在肿瘤组织或细胞中富集，显著提高化疗药物 对肿瘤转移病灶部位和新生淋巴管 靶向性、或同时兼备对淋巴系统导向性和转移肿瘤细胞靶向性的 纳米药物新剂型 ； 选用巨噬细胞，比较研究 纳米药物新剂型的尺度、表面亲水性和荷电性、功能化纳米材料比例或寻靶分子修饰程度等对规避巨噬细胞摄取的影响，优化纳米药物新剂型的处方 ； 选择肺癌或乳腺癌的 典型 耐药细胞株，给予纳米药物 新 剂型后，测定耐药细胞中 的药物浓度、 量 等参数的变化，测定 酶活性，检测多药耐药转运蛋白、细胞凋亡相关蛋白及其编码基因的改变，从分子水平探讨 纳米 药物 新剂型 的组成、结构 和 理化特性 等 对这些参数的影响 ； 研究 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 在体内的代谢情况，包括在巨噬细胞和白细胞内的代谢过程，在基因和蛋白质水平上研究纳米药物新剂型 及其相关纳米材料 与生物大分子和细胞的相互作用规律 ； 进一步 开展纳米药物新制剂的临床前研究： 进行影响因素和制剂稳定性考察 ， 建立各种动物模型和方法，开展 纳米药物新制剂的 药物动力学研究，初步评价其药效 学和毒理学。 设计、合成和筛选 可生物降解的 功能性 纳米 新 材料 3 种以上 ， 构建 抗肿瘤 转移或 耐药性 纳米 药物新剂型 4种以上； 阐明 纳米药物新剂型的尺度、表面亲水性和荷电性、功能化纳米材料比例或寻靶分子修饰程度等对规避巨噬细胞摄取的影响 ； 从 分子水平探讨 纳米 药物 新剂型的组成、结构、理化特性 等 对 耐药细胞中的药物浓度、 量 等参数 和酶活性的影响 ； 提高 1疗 肺癌或乳腺癌 药物的功效 ，开展 1个抗肺癌或乳腺癌纳米药物新制剂的临床前 研究工作； 在基因和蛋白质水平上 初步 阐明纳米药物新剂型 及其相关纳米材料与生 物大分子和细胞的相互作用规律 ； 在 国际重要学术刊物 上 发表 高质量 文 15 ；申请相关专利4；培养博士生 6、硕士生8 、博士后 2。 年度 研究内容 预期目标 第 三 年 根据 肿瘤细胞内的特殊环境，设计 、 构建能在进入肿瘤细胞后，对肿瘤细胞内特殊环境具有刺激响应性的纳米药物新剂型 ； 研究 不同纳米药物载体 对肿瘤细胞从原发瘤解离，并进入周围组织的能力，肿瘤细胞进入脉管系统的能力，肿瘤细胞与血管及淋巴管、淋巴结内皮细胞粘附 “着床 ”的能力及着床瘤细胞向周围浸润、生长繁殖、形成转移瘤等能力的影响 。 研究纳 米 药物 新 剂型 在耐药模型动物体内的吸收、分布、代谢 和 排泄等药物动力学过程，定性和定量研究纳米 药物 新 剂型 在体内耐药肿瘤和敏感肿瘤中的分布特点，从整体动物水平上考察纳米 药物 新 剂型 的 剂型因素 和特性 与其 体内过程之间关系 ； 对 显著改善抗 肺癌和乳腺癌转移或 降低 肿瘤耐药性的 纳米药物新剂型 及相关纳米材料 ,与传统制剂对比研究 在整体动物水平上 的药代动力学特征与毒性的关系 ，揭示 纳米材料与传统药物组成载药系统、协同增效后是否会产生新的安全 性 问题 ； 设计、合成与筛选 可生物降解的 功能性