PLGA納米顆粒作為基因遞送載體的研究進(jìn)展

張瀚尹，梁高峰，2，韋 芳，閆 彬

（1河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)與工程學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471003；2東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009）

·綜述·

PLGA納米顆粒作為基因遞送載體的研究進(jìn)展

張瀚尹1，梁高峰1，2，韋 芳1，閆 彬1

（1河南科技大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)與工程學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471003；2東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009）

尋找安全、高效的基因遞送載體一直是基因治療領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一.本文對(duì)近年來(lái) PLGA作為遞送載體及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了綜述.首先簡(jiǎn)述了 PLGA納米顆粒的性質(zhì)及制備方法，然后對(duì)其作為遞送載體的研究概況進(jìn)行了探討，最后指出了目前 PLGA作為遞送材料存在的問(wèn)題，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望.

基因遞送；PLGA納米顆粒；基因

0 引言

目前，基因療法已經(jīng)逐漸成為臨床治療中的一種重要手段，作為基因治療的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，基因的遞送近年來(lái)備受關(guān)注.其方式有病毒載體法和非病毒載體法兩大類(lèi).病毒載體法轉(zhuǎn)染率高，使用范圍廣，但制備較復(fù)雜，有一定的毒性，可能產(chǎn)生免疫反應(yīng)和排斥反應(yīng)［1－2］.由于這些缺點(diǎn)，限制了其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用.非病毒載體法轉(zhuǎn)染率雖然不及病毒載體，但是其安全性高、毒性低、不易產(chǎn)生免疫反應(yīng)和排斥反應(yīng)，相對(duì)而言具有更大的優(yōu)勢(shì).基因遞送技術(shù)目前已成為生物醫(yī)學(xué)研究中一項(xiàng)重要且常用的技術(shù)，運(yùn)用該技術(shù)可以進(jìn)行外源基因的高效表達(dá)、蛋白結(jié)構(gòu)與功能的研究以及生產(chǎn)目的蛋白；基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的研究，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的表型改變或轉(zhuǎn)化；基因治療與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的研究；RNA干擾以及核酸類(lèi)藥物的研究等.

理想的基因遞送載體應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求［3］：①保護(hù)基因不被破壞和降解；②容易和靶細(xì)胞結(jié)合；③容易穿過(guò)細(xì)胞膜；④容易與基因解離；⑤載體本身容易被降解；⑥載體和降解后的產(chǎn)物對(duì)機(jī)體無(wú)毒副作用.

PLGA因其無(wú)毒、可降解、易于制備和功能化等方面的良好性能，成為一種較好的基因遞送材料［4－6］，PLGA即聚乳酸-羥基乙酸共聚物（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA），是由乳酸和羥基乙酸聚合成，它水解后的產(chǎn)物為乳酸和羥基乙酸，是一種生物相容性好、易生物降解且廣泛用于生物醫(yī)藥和生物工程的高分子材料［7－8］.人體正常代謝時(shí)也會(huì)產(chǎn)生這兩種物質(zhì)，因此PLGA本身是無(wú)毒的，不會(huì)對(duì)機(jī)體造成毒副作用.根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和研究表明，小分子量的PLGA更適合作為基因遞送載體，本文主要介紹PLGA納米顆粒作為基因遞送載體的研究進(jìn)展.

1 PLGA納米顆粒的制備方法

PLGA納米顆粒的制備方法有很多種，包括乳化溶劑 揮 發(fā) 法［9］、復(fù) 乳 化溶 劑 擴(kuò)散 法［10］、噴霧 干 燥法［11］、復(fù)乳化溶劑揮發(fā)法［12］等.復(fù)乳化溶劑揮發(fā)法是最常用于制備基因片段包裹 PLGA的方法.而這些方法的選擇取決于所需要的顆粒直徑和包裹率.以聚合物為原料制備微球最常用的方法是先制備成O／W、W／O、W／O／W、O／W／O等型乳液后，再根據(jù)具體的用途選擇適當(dāng)方法使液滴固化成微球.制備方法的選擇對(duì)顆粒直徑有很大的影響.此外，制備過(guò)程中，有機(jī)相與水相的比例、PLGA的性質(zhì)、表面活化劑的選擇、pH值、攪拌的方式等均會(huì)對(duì)納米顆粒的粒徑產(chǎn) 生影 響［12－14］.

1.1 乳化溶劑揮發(fā)法 稱(chēng)取一定量的 PLGA固體，溶解于丙酮溶液中，將所得 PLGA溶液用針頭以一定的流速滴加到1%吐溫 －80乳化劑水溶液中，同時(shí)以一定速度攪拌并超聲.完成并形成乳液后，于磁力攪拌器上攪拌，當(dāng)有機(jī)溶劑完全揮發(fā)后得到納米粒混懸液.將所得納米?；鞈乙河? 000 r／min低速離心，先除去大顆粒沉淀，再在10 000 r／min高速下冷凍離心1 h，用蒸餾水洗滌沉淀.將沉淀物超聲分散于50 mL蒸餾水中，真空冷凍干燥 24 h即可得到 PLGA納米顆粒.

1.2 復(fù)乳化溶劑擴(kuò)散法 ①稱(chēng)取30 mg的PLGA固體溶于2 mL二氯甲烷中，置于冰上；②量取2%的PVA水溶液 30 mL，置于冰上；③將溶液①冰浴超聲30 s，形成初級(jí)乳化液，隨后將初乳倒入到溶液②中以同樣的條件超聲2 min，得到復(fù)乳；④將復(fù)乳在通風(fēng)櫥中，1 000 r／min置于恒溫磁力攪拌器上攪拌 3 h，充分揮發(fā)二氯甲烷；10 000 r／min，5 min，離心洗滌納米顆粒3次；將洗滌好的納米顆粒放入凍存管中真空凍干，保存于 －20℃?zhèn)溆?

1.3 噴霧干燥法 將 PLGA先制備成乳液后，用輸送泵把乳液從直徑約0.5 mm的噴嘴送出，在壓縮空氣流速為20 L／min，噴料速度 500 mL／h的流動(dòng)條件下霧化，壓縮空氣將 PLGA霧化成極小的液滴，液滴與熱空氣被共同吹入一個(gè)腔體中，并利用吹入的120℃空氣瞬時(shí)加熱，使液滴瞬間除去大部分水分，液滴中的溶劑揮發(fā)，并通過(guò)廢氣管排出，干燥的 PLGA納米顆粒于收集瓶中收集.

1.4 復(fù)乳化溶劑揮發(fā)法 將一定量需制備的樣品溶于5%PEG水溶液中，將一定量 PLGA溶于二氯甲烷／丙酮（體積比3∶1）混合溶液中，再將樣品的PEG水溶液加入 PLGA溶液中超聲 1 min，形成 W／O型乳液，將該乳液加入一定濃度的PVA水溶液中，冰浴并以一半功率超聲10 min，形成復(fù)乳液.將該復(fù)乳液置于常溫下磁力攪拌 3 h，然后在4℃，20 000 r／min低溫高速離心20 min收集納米粒，使用蒸餾水洗滌納米粒三次，冷凍干燥48 h，可得到 PLGA納米顆粒.

2 作為遞送載體的研究

2.1 遞送小分子藥物 目前的藥物治療中，藥物的分子大小會(huì)影響到體內(nèi)各種酶對(duì)其的降解作用，也會(huì)使其不能很好地參與到血液循環(huán)之中，因而不能發(fā)揮應(yīng)有的療效.但如果采用一種靶向給藥系統(tǒng)，這就會(huì)使藥物定向地到達(dá)靶組織，從而更好地發(fā)揮藥效.許多研究表明，對(duì)于順鉑、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、姜黃素等小分子治療藥物，PLGA納米顆?？梢杂行У匕⑹蛊浒l(fā)揮更好的作用.Danhier等［15］以偶聯(lián)了具有腫瘤靶向性的 RGD分子（一類(lèi)含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列的短肽）的 PLGA納米微球作為紫杉醇（PTX）的遞送載體，研究了它對(duì)小鼠腫瘤的生長(zhǎng)抑制作用.結(jié)果表明，注射了RGD-PLGA-PTX的實(shí)驗(yàn)組經(jīng)過(guò)18天腫瘤直徑達(dá)18 mm，注射PLGA-PTX組用了12 d，而僅注射磷酸緩沖液的對(duì)照組只用了 7 d腫瘤直徑即達(dá) 18 mm.這些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 RGD-PLGAPTX在抑制腫瘤生長(zhǎng)上具有顯著的效應(yīng).此外，我國(guó)學(xué)者李井泉等［16］在用 PLGA-5-Fu的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著給藥劑量的增加，納米顆粒的抑制作用逐漸加強(qiáng)，呈劑量效應(yīng).這些研究均為 PLGA納米顆粒此后更廣泛地用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域遞送小分子藥物奠定了理論依據(jù).

2.2 遞送 siRNA 目前某些基因異常相關(guān)的疾病，尤其是惡性腫瘤的基因治療日益成為臨床上研究的熱點(diǎn).而在這一領(lǐng)域中，RNA干擾以其高效的序列特異性基因沉默技術(shù)而得到了廣泛關(guān)注［17］.作為潛在的治療藥物，其在抗病毒、抗腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)疾病防治等方面具有巨大潛力［18－19］.但是，同很多生物大分子藥物一樣，低毒高效的遞送方式是 siRNA藥物進(jìn)入臨床研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此該技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)就轉(zhuǎn)化到了如何開(kāi)發(fā)一種高效的遞送載體上.Park等［20］通過(guò) PLGA納米顆粒包裹的 COX-2 siRNA和地塞米松實(shí)現(xiàn)了風(fēng)濕性關(guān)節(jié)的有效治療，結(jié)果表明，PLGA納米粒子可幫助siRNA有效逃避溶酶體的降解作用，并且PLGA無(wú)免疫原性，不會(huì)引起機(jī)體的免疫排斥反應(yīng).Zhou等［21］采用偶聯(lián)特異性肽鏈的 PLGA包裹的 siRNA在動(dòng)物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了靶向肺部的高效siRNA的遞送，有效的延長(zhǎng)了siRNA在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間，提高了治療的效果.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，經(jīng)過(guò)特異性抗體或受體修飾的 PLGA／siRNA體系具有更好的治療效果，而且用藥量更少，有望成為一種高效的腫瘤治療藥物.

2.3 遞送 pDNA 非病毒載體基因疫苗是指使用非病毒遞送載體將治療基因表達(dá)載體 質(zhì)?；颍╬lasmid DNA，pDNA）遞送入細(xì)胞內(nèi)，從而使質(zhì)粒調(diào)控基因表達(dá)，進(jìn)而使表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮治療作用.Liang等［22］采用復(fù)乳化揮發(fā)法制備了攜帶miRNA表達(dá)載體的PLGA納米顆粒，該納米粒子具有較高的基因轉(zhuǎn)染效率、較低的細(xì)胞毒性，在HePG2細(xì)胞中獲得了較高的miRNA的表達(dá)，有效的抑制了HepG2細(xì)胞周期的進(jìn)程.在當(dāng)前藥劑學(xué)的研究課題中，將裸 DNA直接注入病變組織，而不依賴(lài)于其他物質(zhì)的參與，這一方法固然簡(jiǎn)便，無(wú)毒無(wú)害，但由于裸 DNA直接暴露于血清之中，易受到各種酶的作用，因此轉(zhuǎn)染效率低，作用不穩(wěn)定.這樣，尋找一種高效的基因載體就顯得極為重要.PLGA納米顆?？蛇\(yùn)載不同大小的基因片段，可以抵抗核酸酶的降解作用，從而延緩基因降解，并且還能以內(nèi)吞、融合、脂交換等多種作用方式進(jìn)入細(xì)胞，這就使得PLGA納米顆粒在 pDNA的導(dǎo)入中具有極大的應(yīng)用空間，同時(shí)，PLGA納米顆粒載體還克服了病毒載體的安全性問(wèn)題，這一點(diǎn)至關(guān)重要.

2.4 體內(nèi)應(yīng)用研究 PLGA納米顆粒作為一種非病毒載體，相較病毒載體更有優(yōu)勢(shì)，因其安全、可持續(xù)性釋放及良好的生物相容性、可降解性、穩(wěn)定性等生物學(xué)特性，被認(rèn)為是一種更有前景的基因遞送載體.目前在臨床醫(yī)學(xué)研究方面已有廣泛應(yīng)用，包括疫苗、組織修復(fù)、抗腫瘤等，特別在腫瘤治療中展現(xiàn)出巨大潛力.對(duì)于抗腫瘤研究，孫國(guó)臣［23］合成 BCNU-PLGA納米顆粒，用于觀察其對(duì)大鼠腦C6質(zhì)瘤的治療作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該藥物表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤增值、侵襲和抗血管生成作用.劉杰等［24］用體外培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞系HepG2的細(xì)胞分別與采用特殊工藝方法制備的阿霉素PLGA納米顆粒（ADM-PLGA-NP）及ADM原藥共同培養(yǎng)一段時(shí)間，以研究 ADM原藥和載藥納米顆粒（ADM-PLGA-NP）在治療肝癌上的差異.結(jié)果顯ADM-PLGA-NP在細(xì)胞內(nèi)具有更強(qiáng)的 ADM藥物分子熒光強(qiáng)度，且穩(wěn)定性好，易于被 HepG2細(xì)胞吞噬攝取，從而使ADM能從納米顆粒中緩慢釋放出來(lái)，已達(dá)到長(zhǎng)期給藥的目的，從而更有效地抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng).

另外，在很多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)PLGA在神經(jīng)再生、血管修復(fù)、治療壓力性尿失禁、骨愈合、局部麻醉、防輻射等方面也有顯著作用.田洪居等［25］通過(guò)向小鼠坐骨神經(jīng)旁注射羅哌卡因PLGA納米顆粒（ROP-PLGA-MS），以研究該納米顆粒的局麻效果.結(jié)果顯示小鼠在羅哌卡因 PLGA微球坐骨神經(jīng)旁植入后3 h，給藥側(cè)肢體開(kāi)始出現(xiàn)明顯的感覺(jué)阻滯效果，較對(duì)照側(cè)對(duì)熱傷害刺激的反應(yīng)明顯遲鈍，10～18 h達(dá)到藥效高峰，30 h起藥效開(kāi)始減退；48 h后藥效接近消退，神經(jīng)阻滯時(shí)間約30 h.結(jié)果發(fā)現(xiàn)ROP-PLGAMS納米顆粒能有效延長(zhǎng)羅哌卡因時(shí)效，且血藥濃度低，毒性小.這對(duì)臨床局麻藥物研究方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響.孫偉光等［26］制成氨磷汀納米顆粒用于防輻射，該納米顆粒能對(duì)各個(gè)組織器官實(shí)行有效的防護(hù)，大大降低了輻射造成的損傷.氨磷汀納米顆粒制劑解決了一直以來(lái)氨磷汀類(lèi)藥物口服無(wú)效的問(wèn)題，在防輻射方面具有較好發(fā)展前景.孫陽(yáng)等［27］自制 s-PLGA，通過(guò)兔子實(shí)驗(yàn)，研究其對(duì)兔肝癌的成像效果，結(jié)果表明該納米顆粒能有效增強(qiáng)兔肝臟腫瘤與正常組織間的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比，對(duì)肝癌的早期診斷和治療具有重要臨床意義.此外，在組織工程方面，Kim等［28］將SOX9基因通過(guò) PLGA納米粒子遞送至人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞內(nèi)，有效的增強(qiáng)了SOX9基因的表達(dá)，顯著提高了間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)形成軟骨的能力，開(kāi)辟了干細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療的新途徑.

3 問(wèn)題與展望

病毒感染法雖然具有很高的轉(zhuǎn)染效率，但存在潛在、未知的危險(xiǎn)性，使其應(yīng)用受到諸多限制.因此，在基因遞送載體和方法的研究中，人們?cè)絹?lái)越重視非病毒載體和方法的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化.大量的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)：作為良好的基因遞送載體，PLGA納米顆粒為基因治療開(kāi)創(chuàng)了一條全新的途徑，特別是作為藥物載體與靶向技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用，在今后必將成為醫(yī)藥界學(xué)者研究的熱點(diǎn).現(xiàn)在國(guó)外已有 PLGA納米顆粒上市，國(guó)內(nèi)也正在進(jìn)行這類(lèi)生物載體的相關(guān)研究，但是還存在著一些瓶頸，例如遞送的效率、靶向性、安全性等.這些問(wèn)題都需要生物醫(yī)學(xué)研究者和臨床醫(yī)師們不斷進(jìn)行深入的研究，并予以解決.

此外，不僅僅是作為遞送載體，在組織工程方面，PLGA還可以用于細(xì)胞的生長(zhǎng)支架，為細(xì)胞的增殖提供三維空間和新陳代謝的微環(huán)境，并可以決定新生組織的大小、器官的大小和形狀.而 PLGA的無(wú)免疫原性、組織相容性好和無(wú)毒可降解的特性，在體外能夠支持細(xì)胞的生長(zhǎng)、引導(dǎo)體內(nèi)組織生長(zhǎng)、幫助生物活性分子轉(zhuǎn)導(dǎo)以及其組成和結(jié)構(gòu)可以通過(guò)剪裁來(lái)適應(yīng)特殊的需要，從而可以提高細(xì)胞的生長(zhǎng)效率.

當(dāng)然，基于 PLGA的眾多特殊性質(zhì)，還可以用于皮膚移植，傷口縫合，體內(nèi)植入等方面，而更多的應(yīng)用領(lǐng)域還有待于進(jìn)一步拓展和研究.相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)過(guò)不斷改性和特異性表面修飾的PLGA納米顆粒將會(huì)越來(lái)越完善，并在科學(xué)研究和臨床治療中發(fā)揮更大的作用.

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Advance research on PLGA nanoparticles as gene delivery carriers

ZHANG Han-Yin1，LIANG Gao-Feng1，2，WEI Fang1，YAN Bin11School of Medical Technology and Engineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471003，China；2Medical School，Southeast University，Nanjing 210009，China

To explore safe and efficient gene delivery carriers is of the hot topic in the field of gene therapy.In this paper，research progress on PLGA nanoparticles as gene delivery carriers in the recent years were reviewed.We described the present research status in PLGA nanoparticles and their preparation method.Discussion in-depth for the application of PLGA nanoparticles in biomedical research was also given in the article.Meanwhile，problems existing in PLGA nanoparticles as a delivery carriers were pointed out while its prospect was also proposed.

gene delivery；PLGA nanoparticles；gene therapy

Q782

A

2095-6894（2014）06-155-04

2014-09-18；接受日期：2014-09-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（U1404824）；河南科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金（09001635）；河南科技大學(xué)青年科學(xué)基金（2013QN44）；河南科技大學(xué)SRTP項(xiàng)目（2012214）

張瀚尹.在讀碩士.E-mail：drf1000＠163.com

梁高峰.博士，副教授.E-mail：lgfeng990448＠163.com