納米粒子給藥系統(tǒng)在內(nèi)耳靶向給藥的研究進(jìn)展

安曉剛 查定軍

空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科(西安710032)

聽力損失已成為世界上最常見的感覺障礙性疾病[1]。世界衛(wèi)生組織（WHO）網(wǎng)站最新數(shù)據(jù)，聽力損失人口已超過4.66億人，其中3400萬是兒童；11億年輕人（12-35歲）由于暴露于娛樂環(huán)境的噪音中，從而面臨著聽力損失的風(fēng)險(xiǎn)；全球每年用于聽力損失的花費(fèi)高達(dá)7500億美元。據(jù)WHO估計(jì)，到2050年，超過9億人將喪失聽力[2]。

由于內(nèi)耳某些特殊的生理和解剖學(xué)特征嚴(yán)重阻礙藥物對(duì)耳蝸靶細(xì)胞的供應(yīng)和吸收[3,4]，臨床上對(duì)感音神經(jīng)性聽力損失疾病的治療方案有限。內(nèi)耳特殊的生理特征決定不同給藥途徑及療效。給藥過程中，許多藥物的血漿半衰期短，隨著身體新陳代謝的變化，個(gè)體間存在很大差異[1,5]，上述因素都會(huì)影響藥物的有效輸送和吸收，如何解決這些問題成為治療聽力損失的關(guān)鍵。

近些年，伴隨納米技術(shù)的發(fā)展，興起的納米給藥系統(tǒng)能夠解決上述難題，靶向給藥和治療內(nèi)耳疾病具有極大的潛在希望，通過可降解、無毒的納米粒子將藥物裝載、構(gòu)建靶向特異識(shí)別配體、遞送到達(dá)靶組織器官及細(xì)胞，可實(shí)現(xiàn)靶向給藥及治療，且無毒副作用，成為研究熱點(diǎn)。

1 內(nèi)耳解剖生理特點(diǎn)及內(nèi)耳給藥途徑

1.1 內(nèi)耳解剖生理特點(diǎn)

內(nèi)耳深隱于顳骨之中，Corti器位置較隱蔽，體積小且結(jié)構(gòu)精細(xì)，內(nèi)部充滿內(nèi)、外淋巴液，壺腹嵴、橢圓囊斑和球囊斑浸泡于內(nèi)淋巴液中。內(nèi)耳給藥途徑存在多個(gè)屏障，其中血-迷路屏障的存在使得內(nèi)耳與身體其他部分隔離，使藥物不能迅速到達(dá)整個(gè)耳蝸[1,6,7]。特殊的生理和解剖學(xué)特征比較適合于局部藥物遞送，但是圓窗膜（round window membrane,RWM）和卵圓窗（oval window,OW）的選擇透過性在很大程度上限制了內(nèi)耳局部給藥的應(yīng)用。

1.2 內(nèi)耳不同給藥途徑及優(yōu)缺點(diǎn)

內(nèi)耳給藥途徑主要包括全身給藥、經(jīng)中耳鼓室給藥和內(nèi)耳內(nèi)直接給藥。全身給藥主要通過口服、靜脈注射、肌肉注射等方式給藥。Fowler率先研究證實(shí)靜脈注射鏈霉素可有效控制耳源性眩暈[8]，后來發(fā)展應(yīng)用氨基糖苷類抗生素治療梅尼埃病[9]。臨床廣泛采用皮質(zhì)類固醇激素治療突發(fā)性感音神經(jīng)性聾[5,6]和自身免疫性內(nèi)耳疾病[10]。由于內(nèi)耳血-迷路屏障阻礙藥物向內(nèi)耳的彌散分布，使得局部藥物濃度難以達(dá)到理想狀態(tài)。雖然經(jīng)全身給藥治療內(nèi)耳疾病應(yīng)用廣泛，但靶向性差、局部藥物濃度低及分布不均勻、全身副作用大等缺點(diǎn)。

相比全身給藥，內(nèi)耳特殊的生理和解剖學(xué)特征更適合于局部藥物遞送。局部藥物遞送可繞過血-迷路屏障，使得較低劑量的藥物能夠更直接地實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，副作用最小化。目前，比較適用于局部藥物輸送到內(nèi)耳的給藥方式有兩種[1,3,7]，分別為中耳鼓室給藥和內(nèi)耳直接給藥。中耳鼓室給藥主要有經(jīng)鼓膜、乳突兩種給藥途徑，通過將藥物置于中耳鼓室，隨后藥物通過RWM進(jìn)入內(nèi)耳鼓階外淋巴液并擴(kuò)散分布到內(nèi)耳各個(gè)部位；也可通過OW進(jìn)入前庭階，再擴(kuò)散分到內(nèi)耳其他部位[3,11]。

1957年，Schuknecht等[12]首次嘗試中耳鼓室內(nèi)注射慶大霉素治療梅尼埃病，并獲得成功。發(fā)展至今，中耳鼓室內(nèi)注射藥物已成為梅尼埃病和突發(fā)性耳聾的標(biāo)準(zhǔn)治療方法的一部分。然而，不足的是中耳鼓室給藥，滲透到達(dá)內(nèi)耳中的藥物濃度仍然相對(duì)較低。

內(nèi)耳直接給藥途徑包括內(nèi)耳耳蝸內(nèi)或前庭內(nèi)直接給藥[1,7]。內(nèi)耳直接給藥相比全身給藥和經(jīng)中耳鼓室給藥，藥物遞送更直接、更容易到達(dá)靶目標(biāo)。另外，隨著納米技術(shù)發(fā)展起來的納米粒子藥物遞送系統(tǒng)使得內(nèi)耳直接給藥效果更好，不僅可解決上述難題，而且實(shí)現(xiàn)高效靶向治療。

2 納米粒子給藥系統(tǒng)

納米粒子是指粒度在1-100 nm之間的粒子?！凹{米”的最初概念是由諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Richard P.Feynman首次提出[13]，并引起科技人員的關(guān)注。直到1999年，才開始稱為“納米?！?，將粒徑大小處于納米級(jí)范圍的給藥系統(tǒng)統(tǒng)稱為納米給藥系統(tǒng)（Nanoparticulate drug delivery systems）。1965年，脂質(zhì)體納米材料誕生[14]，科技人員將其用于藥物遞送研究[13-15]，納米粒被廣泛用作藥物載體用于藥物遞送[16-18]。藥物遞送目標(biāo)和功能的實(shí)現(xiàn)需要借助藥物遞送系統(tǒng)或稱給藥系統(tǒng)[13]。后來的研究中，學(xué)界給予納米給藥系統(tǒng)高度關(guān)注和深入的研究，隨著納米材料的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為研究藥物體內(nèi)外活性常規(guī)技術(shù)[13]。

2.1 納米粒子給藥系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

納米粒子給藥系統(tǒng)可以彌補(bǔ)藥物溶解度低、易降解、半衰期短和不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，并能提高遞送效率，減少內(nèi)耳疾病治療中出現(xiàn)與藥物相關(guān)的副作用[1,19]。同時(shí)，納米粒子可以提高生物相容性、體內(nèi)穩(wěn)定性和靶向特異性。納米粒子給藥在臨床應(yīng)用前首要考慮的問題是材料的可降解性和安全性。新型的納米水凝膠給藥系統(tǒng)可完美的解決該問題[20-23]。通過納米粒子封裝治療藥物，可增加細(xì)胞/組織對(duì)藥物的攝取和內(nèi)化，從而大大減少所需劑量、減少副作用。這種獨(dú)特的性能組合使納米粒子成為一種新的藥物遞送載體，比較適用于內(nèi)耳藥物遞送[7]。

2.2 納米粒子給藥系統(tǒng)適用于局部藥物遞送

納米粒子給藥系統(tǒng)適用于內(nèi)耳局部藥物遞送的優(yōu)點(diǎn)已被研究證實(shí)[1,7,24]。從理論上講，納米粒子載體給藥可以提高內(nèi)耳的藥物利用率，并持續(xù)釋放藥物[25,26]。納米載體攜帶基因或藥物成為內(nèi)耳疾病治療研究新的工具[27]，可將目的基因?qū)雰?nèi)耳實(shí)現(xiàn)基因治療[27-29]。

局部給藥治療內(nèi)耳疾病的研究越來越受到重視，通過納米醫(yī)學(xué)策略將藥物遞送到內(nèi)耳有望成為治療內(nèi)耳疾病（包括聽覺和平衡障礙）的有效方法。但是，在全面臨床應(yīng)用前亟須解決的問題之一是開發(fā)用于藥物靶點(diǎn)和內(nèi)耳控釋的智能給藥系統(tǒng)[7]，針對(duì)內(nèi)耳特殊的解剖生理特點(diǎn)，正確選擇合適的內(nèi)耳給藥途徑至為關(guān)鍵。

3 納米粒子給藥系統(tǒng)內(nèi)耳靶向給藥及應(yīng)用研究

鼓室內(nèi)注射已被用作遞送氨基糖苷類，類固醇和其他治療藥物、實(shí)現(xiàn)內(nèi)耳治療的方法[30,31]。但當(dāng)藥物經(jīng)中耳鼓室內(nèi)注射后，藥物必須通過RWM或OW到達(dá)內(nèi)耳才能被吸收利用[25]。鼓室內(nèi)應(yīng)用的NPs或藥物主要通過RWM[32-35]擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)耳外淋巴，RWM的滲透性已得到廣泛研究，并被視為主導(dǎo)途徑[36]。然而，由于鐙骨足板被環(huán)狀韌帶包圍封閉，通過OW進(jìn)入前庭的通道（即OW）被長(zhǎng)期忽視。研究發(fā)現(xiàn)藥物既可通過RWM，也可通過OW進(jìn)入內(nèi)耳，OW可能性更高[37]。對(duì)于內(nèi)耳最佳直接給藥途徑是RWM還是OW途徑，目前尚無統(tǒng)一定論。

3.1 內(nèi)耳直接給藥最佳途徑的探究

Tanaka K等人[38]使用辣根過氧化物酶作為示蹤劑，通過電子顯微鏡證實(shí)了OW的滲透性。此后的研究證明離子標(biāo)記物三甲基苯基銨直接進(jìn)入鐙骨臨近的前庭[39]，有研究發(fā)現(xiàn)釓和慶大霉素進(jìn)入內(nèi)耳的過程中，OW途徑比RWM更容易[40-42]。然而，OW能否有效促進(jìn)NPs向內(nèi)耳的傳輸仍不清楚，OW和RWM哪個(gè)途徑更有利于內(nèi)耳藥物輸送，尚無統(tǒng)一結(jié)論。

2018年，陳鋼[37]等人設(shè)計(jì)了熒光可追蹤殼聚糖納米粒子（CS-NPs），研究NPs在耳蝸和前庭器官中的分布，并評(píng)估了RWM和OW途徑對(duì)NPs轉(zhuǎn)運(yùn)的有效性。豚鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CS-NPs可通過RWM和OW進(jìn)入內(nèi)耳，但OW在向前庭呈遞NPs中具有控制作用。基于上述發(fā)現(xiàn)，他們首次提出將OW作為內(nèi)耳給藥“Royal Gate”的觀點(diǎn)，認(rèn)為能夠方便和有效的促進(jìn)CS-NPs進(jìn)入內(nèi)耳，降低耳蝸毛細(xì)胞病理相關(guān)的聽力損失風(fēng)險(xiǎn)。然而，這一新的觀點(diǎn)還有待更多的學(xué)者對(duì)不同材料納米粒子載藥系統(tǒng)及負(fù)載藥物進(jìn)一步驗(yàn)證后，方可定論。

3.2 納米粒子給藥系統(tǒng)用于內(nèi)耳靶向給藥及治療研究進(jìn)展

圖1 納米水凝膠藥物遞送系統(tǒng)靶向治療噪聲性聽力損失示意圖（圖片引自文獻(xiàn)[23]）Fig.1 Schematic diagram of nano-hydrogel drug delivery system targeted therapy for noise-induced hearing loss(Image taken from the literature[23])

近些年，對(duì)納米粒子載藥系統(tǒng)的研究重點(diǎn)不再是簡(jiǎn)單地研究納米粒子滲透到內(nèi)耳中，而是研究如何將藥物加載到納米粒子上并將其轉(zhuǎn)移到內(nèi)耳以觀察功能變化[43,44]。Sun[44]等人使用聚乙二醇-聚乳酸（PEG-PLA）納米粒子包裹藥物遞送，在用負(fù)載地塞米松的納米粒子進(jìn)行鼓室內(nèi)預(yù)處理后，注射順鉑使豚鼠耳聾。這項(xiàng)研究表明，施用負(fù)載地塞米松的納米粒子可保護(hù)頻率在4 kHz和8 kHz的聽覺功能。另一項(xiàng)順鉑誘導(dǎo)的聽力損失研究表明，使用α生育酚衍生物將6a-甲基強(qiáng)的松龍裝載到納米粒子上，可保護(hù)10 kHz，14 kHz和16 kHz頻率的聽覺功能[43]。以上研究表明，通過納米粒子遞送藥物可直接觀察到聽力的實(shí)際變化，這對(duì)聽力損失的治療具有重要意義。然而，這些研究缺乏有關(guān)納米粒子適用于內(nèi)部藥物遞送的適當(dāng)表面特性的信息，也缺乏與臨床使用的藥物的比較研究[25]。因此，優(yōu)化納米粒子的表征，明確納米粒子在內(nèi)耳的分布，對(duì)于螺旋神經(jīng)節(jié)和耳蝸毛細(xì)胞靶向性藥物載體的開發(fā)至關(guān)重要。

2010年，Sakamoto等人[31]以臨床應(yīng)用材料為基礎(chǔ)，對(duì)三種內(nèi)耳給藥系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。與小鼠體內(nèi)應(yīng)用倍他米松相比，隱形納米粒子封裝倍他米松的的全身應(yīng)用為治療噪聲誘發(fā)的聽力損失提供了更好的治療效果。利用生物可降解聚合物(PLGA)包覆利多卡因制成的微粒，將其置于豚鼠RWM上，使得耳蝸內(nèi)藥物濃度合理，且無嚴(yán)重不良反應(yīng)。此外，他們進(jìn)行并完成了I/IIa期臨床試驗(yàn)，將明膠水凝膠與重組人IGF-1（rhIGF-1）結(jié)合并置于RWM上，對(duì)平均聽力水平和不良事件隨訪24周，未觀察到嚴(yán)重的相關(guān)不良事件。結(jié)果表明：使用這種方法，平均聽力水平與高壓氧治療相當(dāng)，高壓氧治療通常在全身性類固醇治療失敗后用作挽救治療。這項(xiàng)納米粒子藥物輸送的臨床研究有望為未來臨床內(nèi)耳疾病的治療提供理論依據(jù)，并促進(jìn)對(duì)內(nèi)耳藥物輸送的進(jìn)一步研究。

Li等人一直致力于內(nèi)耳給藥系統(tǒng)的研究[45-48]。2015年，他們開發(fā)了一種微創(chuàng)納米水凝膠給藥系統(tǒng)。最近，他們基于先前開發(fā)的藥物遞送系統(tǒng)，進(jìn)行功能修飾，并引入一種特異性識(shí)別prestin的靶向肽。經(jīng)RWM途徑注射，該系統(tǒng)通過靶向納米粒子可將JNK抑制劑（D-JNKi-1）靶向遞送到OHCs，可以改善對(duì)噪聲性聽力損失的保護(hù)（圖1）[23]，該研究是首次使用一種新型、微創(chuàng)、安全可控的內(nèi)耳給藥系統(tǒng)對(duì)NIHL進(jìn)行保護(hù)。值得借鑒的是，該系統(tǒng)具備將生物材料遞送到特定內(nèi)耳細(xì)胞類型的潛力，減少由非靶向遞送系統(tǒng)引起的潛在副作用。該靶向納米水凝膠遞送系統(tǒng)有望成為未來臨床應(yīng)用的治療平臺(tái)基礎(chǔ)，對(duì)內(nèi)耳疾病的治療具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

近些年，納米粒子給藥系統(tǒng)領(lǐng)域的研究趨勢(shì)充分體現(xiàn)了多學(xué)科間的相互交叉融合，生物學(xué)家、化學(xué)家及臨床研究者之間的協(xié)同合作、創(chuàng)新。基于納米粒子的靶向給藥系統(tǒng)為臨床疾病的治療研究提供了更好的技術(shù)支撐。

4 結(jié)語

聽力損失是一個(gè)重要的臨床問題，目前缺乏有效的預(yù)防或治療手段。納米給藥系統(tǒng)為近年來內(nèi)耳給藥研究熱點(diǎn)，已成為一種有效的藥物釋放控制內(nèi)耳給藥策略，被用于靶向給藥和治療聽力損失，并在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了理想的治療效果[23,25]。但目前，關(guān)于納米粒子給藥系統(tǒng)的研究仍多為實(shí)驗(yàn)階段，僅少數(shù)進(jìn)入臨床試驗(yàn)。在納米粒子藥物遞送系統(tǒng)用于臨床治療前仍然存在許多亟待解決的問題，如圓窗膜或卵圓窗途徑藥物輸送的安全性和風(fēng)險(xiǎn)需要更深入的評(píng)估和驗(yàn)證，如何實(shí)現(xiàn)靶向給藥依然是研究難點(diǎn)。

技術(shù)的發(fā)展是為了更好地服務(wù)于應(yīng)用，只有當(dāng)技術(shù)的發(fā)展永遠(yuǎn)走在應(yīng)用的前面，才能更好地服務(wù)于應(yīng)用。盡管納米粒子給藥系統(tǒng)的研究多為臨床前階段，但隨著后續(xù)研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步、完善，相信納米粒子藥物遞送系統(tǒng)應(yīng)用于臨床靶向治療聽力損失等疾病的前景是美好的。