介孔二氧化硅在藥物遞送系統(tǒng)及其體內(nèi)外研究進(jìn)展

張文君 吳夢婷 呂春艷 王晴 陳泳霖

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，哈爾濱150076）

隨著納米醫(yī)學(xué)的迅速發(fā)展，納米粒子在藥物遞送系統(tǒng)（Drug delivery system，DDS）的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的納米載體常以有機(jī)物為基礎(chǔ)，如乳劑［1-2］、脂質(zhì)體［3-4］、聚合物膠束［5-6］等，雖已展現(xiàn)出良好的載藥性能，但同時存在穩(wěn)定性差以及藥物易泄露等缺陷，藥物釋放不能達(dá)到理想的目的［7］。相比之下，無機(jī)介孔二氧化硅納米粒子（Mesoporous silica nanoparticles，MSNs）因介孔結(jié)構(gòu)可調(diào)、框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、比表面積較高、生物相容性良好以及易于功能化［8-10］等優(yōu)點在藥物遞送系統(tǒng)研究中備受關(guān)注。然而，介孔二氧化硅穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)造成其在體內(nèi)難降解、難排泄，長時間在體內(nèi)重要器官積蓄，從而造成損傷。有研究表明，介孔二氧化硅在模擬體液中降解速度非常緩慢，大約15 d才能完全降解［11］。因此，為保證這些納米材料能夠安全應(yīng)用于臨床，需明確它們在體內(nèi)吸收、分布、代謝、排泄及生物相容性和毒性。本文介紹了近年來關(guān)于介孔二氧化硅在藥物遞送系統(tǒng)中及基因治療方面的應(yīng)用，及對MSNs 的藥物代謝動力學(xué)、生物相容性和毒性進(jìn)行了綜述，旨為后續(xù)在生物醫(yī)學(xué)的臨床研究提供借鑒。

1 MSNs 在藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

MSNs 作為一種具有高比表面積、大孔隙率及表面易功能化的載體材料，在藥物遞送系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用，如被用于改善水難溶性藥物的溶解度，或作為控制藥物、靶向及基因遞送的載體。

1.1 改善藥物溶解度

隨著創(chuàng)新藥物的不斷開發(fā)，大部分候選新藥表現(xiàn)出低溶解度［12］。研究發(fā)現(xiàn)納米技術(shù)可明顯改善水難溶性藥物的溶解度，即將藥物制成納米?；蚴菍⑺幬镙d入納米材料中。在各種納米材料中，無機(jī)介孔二氧化硅因高孔隙率、大比表面積等優(yōu)點，可作為一種理想的載體材料。介孔二氧化硅的硅醇基可與藥物分子形成氫鍵，提高藥物粉末的潤濕性和分散性，使其從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，與晶態(tài)相比，非晶態(tài)具有更高的自由能和更大的分子遷移率，且介孔內(nèi)的空間位阻可以減緩或阻止非晶態(tài)藥物的再結(jié)晶［13-14］，從而改善藥物的溶解度和提高藥物的溶出速率。He 等［15］發(fā)現(xiàn)紫杉醇的溶解度在裝入MSNs后顯著提高，MTT 實驗表明，與紫杉醇原料藥相比，經(jīng)介孔二氧化硅納米粒裝載的紫杉醇對HepG2細(xì)胞具有明顯的細(xì)胞毒性。Tzankov 等［16］以MCM-41 型介孔二氧化硅和中空型介孔二氧化硅（Hollow mesoporous silica，HMS）為載體，裝載難溶性藥物格列美脲（Glimepiride，GLI，BCS，II 類）。XRD 結(jié)果顯示，在MCM-GLI 和HMS-GLI 上，結(jié)晶度分別為38%和20%，純格列美脲樣品的結(jié)晶度為88%，表明格列美脲的某些結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)存在于載體的孔隙中。體外釋放試驗表明，兩種載體在2 h 內(nèi)幾乎完全釋放，而純格列美脲的溶出率僅為30%。研究表明，經(jīng)修飾后的MSNs 可進(jìn)一步提高藥物的溶解度，Meka 等［17］將伏立諾他（Vorinosta，VOR）分別裝載入MSN（MCM-41）、經(jīng)氨基修飾的MSN（MCM-41-NH2）和經(jīng)磷酸酯修飾的MSN（MCM-41-PO3），經(jīng)修飾后的MSNs 溶解度明顯增加（圖1），與游離藥物相比，在MCM-41-VOR、MCM-41-NH2-VOR 和MCM-41-PO3-VOR 中的VOR 溶解度分別提高了2.6 倍、3.9 倍和4.3 倍，且對Caco-2 人結(jié)腸癌細(xì)胞的滲透性也明顯增強(qiáng)，特別是經(jīng)氨基修飾的MSN（MCM-41-NH2-VOR），其通透性提高了4 倍。

1.2 控制藥物釋放

介孔二氧化硅表面存在大量的硅烷醇基團(tuán)，可通過各種有機(jī)官能團(tuán)、聚合物和靶向基團(tuán)對其進(jìn)行修飾改性，使其具備控制藥物的吸附、釋放或靶向功能。其中，靶向型和刺激響應(yīng)型MSNs 是控制藥物釋放的常用方法。

1.2.1 靶向型 靶向MSNs 是通過使用葉酸、多肽、蛋白/抗體、透明質(zhì)酸等［18-20］不同配體對介孔二氧化硅載體表面進(jìn)行修飾，使修飾后的載體與腫瘤細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合，達(dá)到靶向治療的目的［21］。Zhang 等［22］通過二硫鍵將透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid，HA）修飾到MSNs 表面，制備了CD44 靶向的藥物遞送系統(tǒng)。因腫瘤細(xì)胞含有過度表達(dá)的CD44 受體，這些受體可特異性識別HA，從而促進(jìn)HA 功能化的MSNs 內(nèi)吞作用，使藥物在腫瘤組織中內(nèi)化，提高藥物的抗腫瘤效果。Wei 等［23］制備了一種經(jīng)聚多巴胺（Polydopamine，PDA）和導(dǎo)向肽CSNRDARRC（PEP）修飾的MSNs，并負(fù)載阿霉素（Doxorubicin，DOX），與未經(jīng)修飾的MSNs相比，DOX-loaded MSNs@PDA-PEP 能夠特異性識別膀胱癌HT-1376 細(xì)胞，表現(xiàn)出良好的體外治療效果。Mandal 等［24］通過酰胺反應(yīng)將琥珀酸酐和具有靶向作用的抗-B220 抗體修飾到MSNs 表面，并負(fù)載蒽環(huán)類柔紅霉素，可有效地與小鼠B220 陽性急性髓系白血病干細(xì)胞（AML LSCs）特異性結(jié)合，抑制病變細(xì)胞。此外，還可以將兩種靶向劑（雙靶向）修飾到同一納米載體上，從而進(jìn)一步提高其選擇性［25］。López 等［26］制備了Janus 型介孔二氧化硅粒（J-MSNs），其可以不對稱地攜帶兩個靶向分子，即葉酸（Folic acid，F(xiàn)A）和三苯基膦（Triphenylphosphine，TPP），其中FA 可以靶向到葉酸受體，TPP 能夠靶向到線粒體，F(xiàn)A 會增加J-MSNs 在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的積累，隨后會在TPP 分子的引導(dǎo)作用下靠近線粒體（圖2），從而實現(xiàn)雙靶向的目的，雙靶點策略可用于提高M(jìn)SNs 抗腫瘤的治療效果。

圖1 伏立諾他及負(fù)載其MSNs 的溶解度和滲透性［17］

圖2 雙靶向MSN 的作用機(jī)制［26］

1.2.2 刺激響應(yīng)型 刺激響應(yīng)型是將MSNs 和響應(yīng)成分相結(jié)合形成一種復(fù)合載體材料，以實現(xiàn)光響應(yīng)、磁響應(yīng)、溫度響應(yīng)、氧化還原響應(yīng)、pH 響應(yīng)、酶響應(yīng)和多重響應(yīng)等控制藥物遞送，達(dá)到“智能”釋放的效果［27-30］。

由于光具有無創(chuàng)、分辨率高等特性［31］，光響應(yīng)是一種很有前途的外刺激觸發(fā)控制藥物釋放策略。Chen 等［32］用螺吡喃與氟化硅烷修飾MSNs，并負(fù)載抗癌藥物喜樹堿（Camptothecin，CPT），在365 nm紫外光照射下，螺吡喃由封閉態(tài)向開放態(tài)的構(gòu)象轉(zhuǎn)換導(dǎo)致表面潤濕，使CPT 從孔隙中釋放出來。Li 等［33］制備了一種集光熱治療于一體化的介孔二氧化硅包覆金納米棒（AuNR@MSN）系統(tǒng)，該系統(tǒng)由磺化杯［4］芳烴（SC［4］A）作為控制開關(guān)，在近紅外光照射下，可激發(fā)AuNR 核等離子體加熱，從而降低環(huán)柄結(jié)合親和力，導(dǎo)致SC［4］A 環(huán)與莖分離，使納米閥呈現(xiàn)打開的狀態(tài)，釋放出產(chǎn)物。腫瘤組織（pH 6.8）以及細(xì)胞內(nèi)體/溶酶體（pH 5.5）表現(xiàn)為比正常組織（pH 7.4）更強(qiáng)的酸性，Chang 等［34］利用體內(nèi)pH 間的差異制備了一種由PDA 修飾的MSNs 載藥系統(tǒng)，并負(fù)載藥物地昔帕明（Desipramine，DES），在pH 6.0、pH 5.0 的弱酸性條件下，DES 在24 h 的釋放量大致為45%和70%。具有還原敏感性質(zhì)的二硫鍵也可以用來構(gòu)建化學(xué)刺激響應(yīng)型MSNs。Wang 等［35］將聚乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）與MSNs 通過二硫鍵連接，PEG 起到封堵藥物的作用，當(dāng)加入谷胱甘肽（Glutathione，GSH）后，PEG 失活且二硫鍵斷裂，藥物從載體內(nèi)釋放出來。Rijt 等［36］報道了一種以抗生物素蛋白分子作為封閉開關(guān)的MMP9 酶響應(yīng)控釋系統(tǒng)，由于基質(zhì)金屬蛋白酶（尤其是MMP2和MMP9）幾乎在各種類型腫瘤細(xì)胞中都過度表達(dá)，因此，MSNs-MMP9 能夠在高度表達(dá)的MMP9 腫瘤區(qū)域內(nèi)被切割，從而釋放出化療藥物。此外，還可將不同單響應(yīng)組分結(jié)合在一起形成雙響應(yīng)或多重響應(yīng)，Paris 等［37］制備了超聲-熱雙響應(yīng)體系（圖3），即將熱響應(yīng)聚合物p（MEO2MA）-co-THPMA 接枝到MSNs 上，此聚合物具有超聲可裂解的疏水四氫吡喃基，熱響應(yīng)聚合物在低溫下可以實現(xiàn)藥物的裝載，當(dāng)達(dá)到生理溫度時，聚合物收縮關(guān)閉孔隙入口，藥物被保留在載體中，在超聲作用下聚合物發(fā)生裂解且疏水性發(fā)生改變，其構(gòu)象呈線狀打開釋放藥物，從而實現(xiàn)控釋藥物的目的。

圖3 雙響應(yīng)釋放系統(tǒng)在水中的行為示意圖［37］

1.3 基因治療

介孔二氧化硅除了可以作為傳統(tǒng)的藥物載體外，還可作為基因轉(zhuǎn)染的載體，從而達(dá)到基因治療的目的。有效的基因傳遞在基因治療中起著重要的作用，因為裸核酸幾乎沒有穿透細(xì)胞膜的能力，所以載體在基因傳遞中起著重要的作用［7，38］。MSN因表面可功能化、生物相容性良好、物理化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，可作為基因傳遞載體，從而提高細(xì)胞的吸收和轉(zhuǎn)染效率。基因治療主要包括小干擾RNA（siRNA）、質(zhì)粒DNA（pDNA）和反義寡核苷酸（Antisense oligonucleotides，ASOs）［39］。MSNs 表面通常帶有負(fù)電荷，這使得帶相同負(fù)電荷的核酸負(fù)載率低。因此，通常通過氨基化和陽離子聚合物功能化等方法修飾MSNs，使其攜帶正電荷，再通過靜電引力作用促進(jìn)基因的負(fù)載。Li 等［40］制備了一種雙響應(yīng)型基因遞送系統(tǒng)CMSN-A，將二硫鍵和酰胺鍵同時修飾到氨基化的MSNs 上，細(xì)胞攝取研究表明，CMSN-A 可以同時將pDNA 和siRNA 轉(zhuǎn)染到不同類型的腫瘤細(xì)胞中。陽離子聚合物如聚乙烯亞胺（Polyethyleneimine，PEI）［41］、聚氨基胺（Poly amino amine，PAMAM）［42］、聚L-賴氨酸（Poly-L-lysine，PLL）［43］、殼聚糖（Chitosan，CS）［44］等常用于修飾MSNs，因陽離子聚合物所提供正電荷，不僅可以與核酸高度結(jié)合，保護(hù)DNA 不被酶降解，還能與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜之間存在較強(qiáng)的靜電引力作用，從而促進(jìn)細(xì)胞對MSNs 的吸收。Zarei［45］制備了PEI 包覆的磷脂化介孔二氧化硅（Phospholipids mesoporous silica，PMSN）用于遞送DNA，轉(zhuǎn)染研究結(jié)果表明，PMSN-PEI 是一種具有低細(xì)胞毒性的基因轉(zhuǎn)染載體。

2 MSNs 的藥物代謝動力學(xué)

MSNs 是一種很有前途的生物醫(yī)學(xué)無機(jī)納米材料。然而，MSNs 在體內(nèi)的安全性還未明確。因此，了解MSNs 在體內(nèi)的吸收、分布、代謝、排泄是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用MSNs 的首要前提。

2.1 MSNs在體內(nèi)的吸收和分布

MSNs 的吸收和分布因給藥途徑的不同而存在很大的差異。Zheng 等［46］制備了不同縱橫比的介孔二氧化硅納米球（MSNSs）和介孔二氧化硅納米棒（MSNRs），細(xì)胞研究結(jié)果表明，MSNRs 比MSNSs 具有更高的細(xì)胞攝取能力。Fu 等［47］通過靜脈注射、皮下注射、肌肉注射和口服4 種不同的給藥途徑，系統(tǒng)研究了平均粒徑為110 nm 的二氧化硅納米粒的體內(nèi)分布。結(jié)果表明，肌肉注射和皮下注射的部分MSNs 能通過不同的生物屏障進(jìn)入肝臟，但吸收率較低，并且引起注射部位周圍的炎癥反應(yīng)；經(jīng)口服給藥后，MSNs 被腸道吸收并滯留在肝臟；靜脈注射的MSNs 主要存在于肝臟和脾臟。此外，體內(nèi)分布情況還取決于MSNs 的形狀、尺寸、孔隙率、表面功能化等［48-49］。如短棒MSNs 易被肝臟捕獲，而長棒MSNs 分布于脾臟，經(jīng)PEG 修飾后，兩種形狀的MSNs 在肺中的含量都有所提高［50］。此外，蛋白質(zhì)電暈的形成也會影響納米粒子在體內(nèi)的分布，還會產(chǎn)生溶血活性［51-52］。但經(jīng)PEG 修飾的MSNs，既能阻止蛋白質(zhì)電暈的形成，還能增加體內(nèi)血液循環(huán)時間［53］，或可以通過帶有功能化基團(tuán)（通常是堿性-NH2或酸性-COOH 基團(tuán)）與MSNs 硅烷化來調(diào)節(jié)表面電荷，從而降低蛋白質(zhì)電暈的形成［54］。

2.2 MSNs在體內(nèi)的排泄

納米材料在體內(nèi)的排泄途徑也是一項重要的研究。經(jīng)不同途徑給藥后，MSNs 主要通過尿液和糞便排出。Li 等［55］發(fā)現(xiàn)口服MSNs 大部分可通過胃腸道從糞便中迅速排出，但部分完整的MSNs 或其降解產(chǎn)物可通過腸粘膜吸收，進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)，最終通過腎從體內(nèi)排出，且縱橫比越小的MSNs腎排泄率越高。靜脈注射后，尿液中可檢測出MSNs［56］。腎排泄已被確定為大多數(shù)類型的MSNs 的主要排泄途徑［57］，且排泄速率與MSNs 的降解性有關(guān)，隨著MSNs 縱橫比［55］或粒徑［58］的減小，降解能力越高，排泄速度越快。

3 MSNs 的生物相容性和毒性研究

MSNs 的粒徑、形狀、表面性質(zhì)等不同以及活性氧的產(chǎn)生、給藥劑量和給藥途徑的不同，其生物效應(yīng)也不同，因此了解MSNs 的生物相容性和毒性對其臨床應(yīng)用的有效性和安全性至關(guān)重要。

3.1 粒徑和形狀的影響

MSNs 的粒徑大小對二氧化硅顆粒的毒性有很大的影響，且與其粒徑大小呈負(fù)相關(guān)。與較大粒徑的MSNs（200 nm）相比，粒徑較小的MSNs（50 nm）可通過血管內(nèi)的縫隙滲透，因此可能更頻繁地干擾血流，從而產(chǎn)生毒性［59］。Ye 等［60］采用MTT還原法測定了粒徑為21 nm 和48 nm 的二氧化硅納米粒子對心肌細(xì)胞的毒性，結(jié)果顯示，二氧化硅納米粒子（21 nm 和48 nm）的CC50 分別為0.32 mg/mL 和1.29 mg/mL 左右，這說明粒徑較小的二氧化硅納米顆粒具有較高的細(xì)胞毒性。MSNs 的形狀會影響溶血活性，Yu 等［61］發(fā)現(xiàn)MSNs 的縱橫比越低，溶血活性越高，然而，磁性介孔二氧化硅納米粒子（M-MSNPs）或通過表面功能化的MSNs 可以降低甚至完全避免這種溶血活性。Shao 等［62］制備了3 種不同縱橫比（AR=1、2 和4）的M-MSNPs，由于細(xì)胞內(nèi)吞途徑的不同，長棒M-MSNP 在癌細(xì)胞和正常細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)化程度明顯高于短桿M-MSNP 和球狀M-MSNP，但3 種形狀的M-MSNPs 都具有良好的生物相容性，以及較低的細(xì)胞毒性和溶血活性。Zhao等［57］合成了3 種不同形狀的MSNs，長桿MSNs 納米粒（NLR）、短桿MSNs 納米粒（NSR）和球形MSNs 納米顆（NS），發(fā)現(xiàn)NLR 具有很強(qiáng)的克服網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（Reticuloendothelial system，RES）快速清除的能力，在血液循環(huán)中表現(xiàn)出比NSR 和NS 更長的時間。

3.2 表面性質(zhì)的影響

除粒徑外，MSNs 的表面性質(zhì)也被認(rèn)為是影響其生物相容性的最重要因素。帶正電荷的納米粒子比帶中性和負(fù)離子的納米粒子能誘導(dǎo)更多的免疫反應(yīng)和細(xì)胞毒性。在未進(jìn)行表面修飾的情況下，帶負(fù)電荷的MSNs 會迅速與血清蛋白結(jié)合，進(jìn)入血流后被RES 中的巨噬細(xì)胞清除，而且大量的硅醇基還會使MSNs 的潤濕性增加，引起嚴(yán)重的溶血［63］。然而，MSNs 的表面修飾在改變表面反應(yīng)活性、提高生物相容性、延長體內(nèi)循環(huán)時間等方面起著關(guān)鍵作用。Pisani 等［64］比較了磁性MSNs（M-MSNs）、PEG 修飾以及脂質(zhì)體修飾的M-MSNs 發(fā)現(xiàn)，這3 種納米粒均未對肝細(xì)胞產(chǎn)生毒性，經(jīng)PEG 修飾的M-MSNs 細(xì)胞攝取速度較慢，可使血液循環(huán)壽命延長，排泄率降低。

3.3 給藥劑量的影響

不同的給藥劑量也會對MSNs 的生物相容性和毒性產(chǎn)生影響。Kim 等［65］用MTT 法評價二氧化硅納米粒子的細(xì)胞毒性，分別對A549（圖4-A 和4-B）、HepG2 上皮細(xì)胞（圖4-C 和4-D）和NIH/3T3 纖維母細(xì)胞（圖4-E 和4-F）給予10-500 μg/mL 的劑量24 h 和72 h 后，結(jié)果表明，對于60 nm 的二氧化硅納米粒子，大劑量（200 μg/mL 和500 μg/mL）與其他劑量和尺寸相比，細(xì)胞存活率顯著降低（圖4），該結(jié)果表明60 nm 的二氧化硅納米粒子在高劑量下有著明顯的毒性作用。此外，二氧化硅納米粒子的毒性還依賴于細(xì)胞類型，與A549 和NIH/3T3 纖維母細(xì)胞相比，納米粒子暴露72 h 后HepG2 細(xì)胞的存活率與24 h 相比沒有明顯下降（圖4-E 和4-F）。

3.4 給藥途徑的影響

圖4 不同粒徑和劑量的MSN 在不同細(xì)胞暴露24 h（左）和72 h（右）的存活率［65］

納米材料靜脈注射是一種常用的給藥途徑，但血液相容性是其應(yīng)用的關(guān)鍵問題。采取靜脈注射MSNs 時，其在血液循環(huán)中具有較長的停留時間，且MSNs 與血液成分的相互作用，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性，如紅細(xì)胞溶血、血栓形成或血蛋白吸附［66］。研究表明，表面修飾化可以明顯改善MSNs 的血液相容性［67］。He 等［68］采用不同分子量（x=4、6、10和20）和鏈密度（0.05 wt%-3.75 wt%）的PEG 修飾MSNs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MSNs 經(jīng)過分子量為10 k、鏈密度為0.75 wt%的PEG 修飾后，THP-1 吞噬率為0.1%，HRBCs 溶血率為0.9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于MSN（8.6%和14.2%）。Li 等［63］研究動物口服MSNs 后的體重、臨床癥狀和組織病理學(xué)，以檢測經(jīng)口服后其體內(nèi)的潛在毒性，結(jié)果表明，MSNs 對體重增加無明顯抑制作用。與對照組動物相比，處理組動物的心、肝、脾、肺、腎、腦等各項系數(shù)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，無明顯差異。此外，心臟、肝臟、脾臟、肺及腎等主要器官與對照組相比也無結(jié)構(gòu)變化或異常。

3.5 活性氧

二氧化硅表面的自由基可以與水反應(yīng)產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS），降低細(xì)胞內(nèi)GSH 水平，引起氧化應(yīng)激［69］。氧化應(yīng)激可以損傷細(xì)胞成分，通過凋亡導(dǎo)致細(xì)胞死亡［70］。Passagne 等［71］合成了不同粒徑（20 nm 和100 nm）的二氧化硅納米粒子發(fā)現(xiàn)，20 nm 二氧化硅納米粒子具有明顯的細(xì)胞毒性，而100 nm 二氧化硅納米粒子的毒性較小，通過對活性氧的產(chǎn)生評估分析氧化應(yīng)激，結(jié)果表明氧化應(yīng)激參與了粒徑為20 nm 的二氧化硅的毒性作用，而粒徑為100 nm 的二氧化硅低毒性的原因可能是由于抗氧化酶誘導(dǎo)細(xì)胞解毒的過程。Morishige等［72］發(fā)現(xiàn)粒徑為100 nm 的二氧化硅（mSP 1000）誘導(dǎo)白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）的產(chǎn)生依賴于ROS 的產(chǎn)生，IL-1β 可激活炎癥復(fù)合物NLRP3，從而導(dǎo)致急慢性炎癥疾病。此外，還比較了用不同官能團(tuán)（-COOH，-NH2，-SO3H，-CHO）修 飾 的mSP 1000處理的THP-1 細(xì)胞中IL-1β 的產(chǎn)生水平，結(jié)果顯示，經(jīng)過表面修飾的mSP 1000 降低了ROS 的生成，從而抑制了IL-1β 的產(chǎn)生。除了通過破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞器，ROS 還能通過破壞單鏈或雙鏈DNA，影響其斷裂和交聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)DNA 損傷，導(dǎo)致基因毒性。

3.6 基因毒性

MSNs 產(chǎn)生的基因毒性也是臨床安全使用需要考慮的重要因素，已有研究發(fā)現(xiàn)，粒徑為25 nm 和100 nm 的MSNs 在暴露24 h 后對人結(jié)腸癌HT-29 細(xì)胞產(chǎn)生有限的基因毒性效應(yīng)［73］。當(dāng)MSNs 的粒徑小于8 nm 時，可以通過核孔復(fù)合體，在核內(nèi)積聚，并在有絲分裂過程中與DNA 相互作用，產(chǎn)生基因毒性。微陣列分析顯示，MSNs 顯著改變了基因表達(dá)，與對照組人胚腎細(xì)胞（HEK293）相比，經(jīng)濃度為120 μg/mL 的MSNs 處理后，579 個基因表達(dá)上調(diào)，1 263個基因表達(dá)下調(diào)，結(jié)果表明，MSNs 對正常人類細(xì)胞具有基因毒性，使某些基因的表達(dá)發(fā)生變化，導(dǎo)致細(xì)胞損傷或產(chǎn)生癌變細(xì)胞［74-75］。MSNs 的基因毒性還依賴于給藥劑量。以50 mg/kg 的劑量連續(xù)三次靜脈注射粒徑為15 nm 的MSNs 給雄性大鼠，與單次注射25 mg/kg 的劑量相比，肝組織、肺組織和白細(xì)胞的DNA 損傷百分比隨劑量增加而增加［76］。此外，MSNs 還可以跨越胎盤屏障，毒性潛伏在早期胚胎階段。Pinto 等［77］發(fā)現(xiàn)磁性介孔二氧化硅納米粒（粒徑58 nm）能夠通過胎盤屏障，且能夠進(jìn)入胎兒的血液中，可以被正在生長的器官代謝，并在胎兒的大腦、胃、胸腺、肝臟和肺吸收較高。表面功能化及電荷性對MSNs 基因毒性的影響還尚不明確，仍需要進(jìn)一步的研究。

4 總結(jié)及展望

介孔二氧化硅現(xiàn)已被廣泛用作藥物載體，并在改善難溶性藥物的溶解度、實現(xiàn)控制藥物釋放以及遞送基因方面表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。盡管MSNs已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，但這些無機(jī)材料的生物學(xué)效應(yīng)及安全性仍然不確定。第一，目前針對體內(nèi)MSNs 及修飾后的MSNs 所引起的急性和慢性毒性的研究還不透徹，在進(jìn)入臨床應(yīng)用之前，應(yīng)掌握MSNs及功能化MSNs 的血液循環(huán)特性、體內(nèi)清除時間、可能的免疫原性和組織內(nèi)積累情況等必要信息。然而相關(guān)的毒性研究存在太多的變量，無法得出關(guān)于生物相容性的明確結(jié)論，還需要在以動物實驗安全的基礎(chǔ)上，增設(shè)人體內(nèi)實驗，密切關(guān)注MSNs 與體內(nèi)細(xì)胞之間的生理作用，為MSNs 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供保障。第二，不同給藥途徑對MSNs 的藥物代謝動力學(xué)和生物相容性有一定的影響。因此，除了靜脈注射、皮下注射、肌肉注射、口服給藥外，應(yīng)探索更多的給藥途徑，如經(jīng)皮給藥、鼻腔給藥等。此外，MSNs 的修飾、表面電荷性質(zhì)、粒徑大小、形狀等對其藥物代謝動力學(xué)、生物相容性和表面蛋白質(zhì)電暈形成的影響也值得更加系統(tǒng)深入地研究。第三，MSNs 作為藥物載體，可實現(xiàn)較高的載藥量，但大規(guī)模生產(chǎn)是目前的一大難題。相信隨著研究的不斷深入和細(xì)化，這些問題都將會被解決，介孔二氧化硅材料真正用于藥物遞送系統(tǒng)和臨床中指日可待。