新型有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)體Cerasome的研究及應(yīng)用進(jìn)展

康傳哲，張明珠，陳巖，馬滿玲#（.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱5000；.東北林業(yè)大學(xué)鹽堿地生物資源環(huán)境研究中心/東北油田鹽堿植被恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 50040）

近年來納米技術(shù)得到了迅速發(fā)展，無機(jī)納米粒子與有機(jī)聚合物復(fù)合制備有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料成為目前材料學(xué)科研究的熱點(diǎn)。這種材料與通常的聚合物/無機(jī)填料體系不同，并不是無機(jī)相與有機(jī)相的簡單加和，而是由無機(jī)相和有機(jī)相在納米至亞微米范圍內(nèi)通過較強(qiáng)或較弱化學(xué)鍵（范德華力、氫鍵）結(jié)合而成[1]，兼具有機(jī)聚合物和無機(jī)材料的優(yōu)異性能。納米技術(shù)的迅速發(fā)展，使其在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，為生物醫(yī)藥的研究和發(fā)展提供了新的技術(shù)和手段。1999年日本學(xué)者Katagiri K等[2]設(shè)計(jì)并合成出了一種新型的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料，該材料在水中通過溶膠-凝膠和自組裝過程形成內(nèi)部具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)和表面覆蓋硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的球形粒子，是一種類脂質(zhì)體囊泡，將其命名為Cerasome，又稱硅質(zhì)體。結(jié)構(gòu)上的這一特點(diǎn)，使Cerasome具有很強(qiáng)的形態(tài)穩(wěn)定性，并同時(shí)具有良好的水分散性和生物相容性，使其在基因工程、藥物載體、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

筆者以“硅質(zhì)體”“Cerasome”“Cerasome+脂質(zhì)體”為關(guān)鍵詞查詢1999年1月1日－2013年4月30日中國知網(wǎng)、PubMed數(shù)據(jù)庫，對(duì)形成Cerasome的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子、Cerasome的制備及應(yīng)用新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對(duì)Cerasome未來的研究及應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)體Cerasome

脂質(zhì)體是由脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成的內(nèi)部為水相的封閉囊泡。自1964年Alec Bangham等發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體以來，由于其易于在生物體內(nèi)降解、無免疫原性、無毒性等特點(diǎn)備受人們關(guān)注。脂質(zhì)體已廣泛應(yīng)用于藥物載體、細(xì)胞生物學(xué)、基因工程、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)脂質(zhì)體在形態(tài)上的不穩(wěn)定性限制了其廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代開發(fā)出了穩(wěn)定的肽脂質(zhì)，肽脂質(zhì)分子在水溶液中通過自組裝形成脂質(zhì)體，分子間酰胺鍵形成的氫鍵帶大大提高了脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。Katagiri K等[2]在肽脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)合成了一種帶有三乙氧基硅烷頭部的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子，該分子在水中通過溶膠-凝膠和自組裝過程形成囊泡，在囊泡的表面覆蓋了一層硅氧烷（Si-O-Si）網(wǎng)絡(luò)，從而大大提高了其穩(wěn)定性，并同時(shí)具有良好的水分散性和生物相容性。

1.1 形成Cerasome的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子

形成Cerasome的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子一般都含有硅氧烷基團(tuán)的頭部和雙鏈烷烴的尾部，連接部分含有酰胺鍵。形成Cerasome的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子見圖1。

圖1 形成Cerasome的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子

1999年，Katagiri K等[2-3]首先設(shè)計(jì)合成了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子1（圖1Ⅱ），并在酸性水溶液中用直接超聲的方法成功制備了Cerasome囊泡；隨后他們又合成了另一種含有季銨基團(tuán)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子2（圖1Ⅲ）[3]，脂質(zhì)分子2與脂質(zhì)分子1不同，其本身就是一種兩性分子，不需要水解硅氧烷形成硅烷醇。2003年Hashizume M等[4-5]合成出了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子3，隨后他們又合成出了含雙三乙氧基硅烷頭部的有機(jī)-無機(jī)脂質(zhì)分子4。這兩種脂質(zhì)分子形成的Cerasome形態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，盡管雙三乙氧基頭部能提供更為充分的構(gòu)成硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)的基團(tuán)，但是穩(wěn)定性與單乙氧基頭部形成的Cerasome相同。以上脂質(zhì)分子形成的Cerasome的疏水尾部為雙鏈烷烴，這樣的結(jié)構(gòu)使其具有較低的相變溫度，在作為藥物載體于體內(nèi)運(yùn)輸過程中，容易導(dǎo)致藥物的提前泄露，引發(fā)嚴(yán)重的毒副作用，使得藥物在靶位點(diǎn)的療效大大降低。為了進(jìn)一步提高Cerasome的生物相容性，馬艷[6]設(shè)計(jì)合成了含膽固醇的新型有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子5（圖1Ⅵ），該脂質(zhì)分子是以膽固醇作為疏水尾部。以該分子制備的膽固醇Cerasome與傳統(tǒng)脂質(zhì)體相比，顯示出非常高的穩(wěn)定性，與烷烴Cerasome相比，顯示出更好的生物相容性。

1.2 Cerasome的制備方法

Cerasome是有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子通過溶膠-凝膠和自組裝過程而形成的類脂質(zhì)囊泡。由于Cerasome結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)體類似，所以在制備方法上可以參照脂質(zhì)體的制備方法。目前脂質(zhì)體的制備方法很多，如薄膜水化法、超聲波分散法、逆相蒸發(fā)法、冷凍干燥法、凍融法等?，F(xiàn)在Cerasome的制備方法已見文獻(xiàn)報(bào)道的有乙醇注入法、超聲分散法、薄膜水化超聲法等。

1.2.1 乙醇注入法。首先在高于Cerasome相變溫度的條件下使有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子頭部三乙氧基基團(tuán)在pH為3的酸性乙醇溶液中水解成硅醇基，然后于室溫條件下邊超聲邊將水解后的溶膠注入乙醇-水（1∶9，V/V）中，如圖2所示[4]；注入后溶液溫度保持于50℃，靜置24 h。這種方法制備的Cerasome粒徑在100～300 nm。但是由于有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子2含有季銨結(jié)構(gòu)，本身就是一種兩性分子，在形成Cerasome時(shí)，不必在酸性乙醇溶液中水解，在任何pH條件下都可直接形成Cerasome，水解和縮聚過程是同時(shí)進(jìn)行的[7-8]。

圖2 乙醇溶膠注入法制備Cerasome示意圖[4]

1.2.2 超聲分散法[9-10]。將有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子溶于鹽酸水溶液中，然后用渦旋振蕩器振蕩，直至得到分散均一的乳液，即形成大小約為幾百納米的多室囊泡；在高于23℃（多室囊泡的相變溫度是23℃）的條件下用探頭式超聲儀超聲，為防止溶劑蒸發(fā)，控制懸液的溫度低于70℃；濾膜過濾除去雜質(zhì)，室溫放置過夜以使Cerasome頭部的乙氧基水解，脫水縮合形成Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)。

1.2.3 薄膜水化超聲法[11-13]。將有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子溶于三氯甲烷溶液中，超聲使其充分溶解，緩慢旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去三氯甲烷；然后加入去離子水，置于55℃（高于相變溫度）恒溫水浴中水化30 min；再用探頭超聲儀超聲，靜置24 h即得Cerasome懸液。

2 Cerasome的應(yīng)用

Cerasome作為一種新型的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)體，與傳統(tǒng)的脂質(zhì)體相比，具有很多優(yōu)勢(shì)：（1）Cerasome的結(jié)構(gòu)形態(tài)與脂質(zhì)體相似，且有良好的生物相容性，能裝載親水、疏水或者兩親性物質(zhì)，具備作為基因和藥物載體的特性。（2）Cerasome因表層的硅氧聚合網(wǎng)絡(luò)而擁有遠(yuǎn)優(yōu)于脂質(zhì)體等其他藥物載體的穩(wěn)定性和水分散性。（3）Cerasome可通過調(diào)控聚硅烷表面的縮合度和空隙控制藥物的體內(nèi)外釋放。（4）Cerasome表面的硅醇基團(tuán)具有良好的化學(xué)活性，易于將各種靶向分子和一些生物分子（抗體）連接到表面，因而具有開發(fā)成靶向給藥載體的優(yōu)勢(shì)和潛力。正是由于Cerasome以上諸多的優(yōu)勢(shì)，使其逐步應(yīng)用于基因工程、藥物運(yùn)輸、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

2.1 Cerasome在基因工程中的應(yīng)用

2006年，Matsui K等[10]將帶正電的Cerasome囊泡作為基因載體用于核酸轉(zhuǎn)染研究，雖然常規(guī)的陽離子脂質(zhì)體在體外基因轉(zhuǎn)染中有很高的效率，但是在體內(nèi)它會(huì)被血清迅速清除，容易在肺組織內(nèi)累積而產(chǎn)生很強(qiáng)的毒性。將Cerasome囊泡應(yīng)用于基因的轉(zhuǎn)染，效率高、毒性低，和血清也有很好的相容性。2007年他們又將Cerasome作為siRNA載體用于RNA干擾基因沉默中。相比于傳統(tǒng)的脂質(zhì)體，Cerasome作為載體與siRNA結(jié)合時(shí)，既不融合又不交聯(lián)，發(fā)揮了很好的RNA干擾性能[14]。

2.2 Cerasome在藥物運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

2010年，Cao Z等[11]將Cerasome作為抗癌藥物的載體用于藥物運(yùn)輸，制備了紫杉醇和鹽酸多柔比星Cerasome，并對(duì)紫杉醇Cerasome的體外穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。與傳統(tǒng)的脂質(zhì)體相比，裝載紫杉醇藥物的Cerasome具有很高的化學(xué)和貯存穩(wěn)定性，并且有很好的生物相容性和緩釋特性。Cao Z等[12]采用薄膜水化超聲法成功制備摻雜磷脂的紫杉醇的混合Cerasome，與傳統(tǒng)脂質(zhì)體相比確實(shí)有效減緩了藥物的釋放速率，并可通過調(diào)節(jié)磷脂的比例來控制藥物釋放速度。該試驗(yàn)結(jié)果為廣大科研工作者提供了一種控制藥物釋放的新思路，為臨床應(yīng)用研究提供了前期的理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。Jin YS等[15]對(duì)鹽酸多柔比星Cerasome的體外穩(wěn)定性研究表明其具有長期貯存穩(wěn)定性及良好的控制釋放性能。傳統(tǒng)的藥物載體本身無治療作用，大量載體隨著藥物進(jìn)入到了人體，增加了機(jī)體的負(fù)擔(dān)。因此，研制本身具有治療效果的“活性”載體具有重要意義。Ma Y等[16]設(shè)計(jì)合成了一種含膽固醇的復(fù)合脂質(zhì)，并以此為原料制備了膽固醇Cerasome。研究發(fā)現(xiàn)，不攜帶任何藥物時(shí)，這種Cerasome本身能選擇性地殺死白血病細(xì)胞，而對(duì)正常血液細(xì)胞沒有毒性；攜帶化療藥物多柔比星時(shí)，可顯著增強(qiáng)多柔比星對(duì)白血病細(xì)胞的殺傷力。由于膽固醇Cerasome既能降低化療藥物的使用量，減少化療引起的毒副作用，又能降低載體的使用量，減少機(jī)體的負(fù)擔(dān)，因此在白血病治療方面具有重要的應(yīng)用前景，并為研制新型藥物載體提供了新的理念。

2.3 Cerasome在醫(yī)學(xué)診斷和治療中的應(yīng)用

Ma Y等[16]以膽固醇復(fù)合脂質(zhì)為基礎(chǔ)，制備了一種多功能Cerasome復(fù)合物，即金殼修飾的Cerasome復(fù)合物，同時(shí)裝載了多柔比星以及Fe3O4磁性納米粒子。這種復(fù)合物既具有磁共振成像、磁靶向的藥物運(yùn)輸功能，又具有光引發(fā)的藥物釋放以及光熱治療等多種功能。這種多功能的納米復(fù)合物藥物運(yùn)輸系統(tǒng)，在腫瘤的聯(lián)合治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。

Zha ZB等[17]以膽固醇復(fù)合脂質(zhì)為原料，采用靜電紡絲技術(shù)制備了一種新型的納米纖維膜。研究發(fā)現(xiàn)，將識(shí)別白血病細(xì)胞的單克隆抗體固定在纖維膜上，此膜能選擇性地捕獲白血病細(xì)胞，在癌細(xì)胞的檢測(cè)和治療中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

Cerasome作為一種新型的有機(jī)-無機(jī)納米雜化復(fù)合材料，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，相信未來會(huì)設(shè)計(jì)合成出更多性能優(yōu)越的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合脂質(zhì)分子。近年來對(duì)Cerasome的研究也越來越深入，也設(shè)計(jì)并制備出了一些具有特殊功能的Cerasome。但是Cerasome生物相容性的研究大多為體外試驗(yàn)，而體內(nèi)試驗(yàn)比體外試驗(yàn)的影響因素更多、更復(fù)雜，因此還需要對(duì)Cerasome的體內(nèi)生物相容性做系統(tǒng)的研究與分析，為Cerasome在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用奠定研究基礎(chǔ)。Cerasome表面具有易于功能活化的硅醇基，在作為藥物載體時(shí)，可根據(jù)受體細(xì)胞或組織的性質(zhì)，在其表面連接相應(yīng)的配體，進(jìn)一步提高Cerasome靶向性。由于Cerasome的諸多優(yōu)點(diǎn)，可以預(yù)見未來Cerasome將在材料學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、基因工程以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

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