液晶葉酸納米粒的研究進(jìn)展

高金龍，龔敬捧，劉永明，李宛萍，王奎濤

(1.河北科技大學(xué) 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北省藥用分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050018；3.石藥集團(tuán)，河北 石家莊 050035)

控制藥物輸送是減少常規(guī)化學(xué)療法的副作用的有前途的方法。納米給藥系統(tǒng)：納米粒[1]，脂質(zhì)體等[2]被廣泛應(yīng)用遞送抗腫瘤藥物，減少藥物的副作用。通過增強(qiáng)滲透性和保留EPR效應(yīng)[3]在腫瘤部位被動(dòng)積累藥物之外，也可以通過識(shí)別腫瘤組織上的特異性受體的主動(dòng)靶向允許在感興趣的部位增強(qiáng)藥物積累[4]。

而腫瘤細(xì)胞表面表達(dá)更多的葉酸受體，先前的研究表明已經(jīng)將葉酸作為腫瘤的靶向策略[5]。葉酸具有良好的水溶性，生物相容性和低免疫性[6]。葉酸在水溶液中呈現(xiàn)液晶行為，通過形成有序堆疊和柱形式的自組裝[7]。液晶葉酸納米?？梢詫?shí)現(xiàn)靶向藥物遞送是一種新型的藥物遞送系統(tǒng)。

1 液晶葉酸

1.1 葉酸與葉酸受體

葉酸(FR)是一種水溶性維生素，葉酸富含于新鮮的水果、蔬菜、肉類等食品中。由于葉酸通過尿液排出，所以葉酸含量較高不會(huì)造成任何危害。因此，毒性和副作用的風(fēng)險(xiǎn)較低。葉酸受體經(jīng)常在人體癌細(xì)胞表面過度表達(dá)，如卵巢、肺、乳腺、子宮內(nèi)膜、腎臟和腦中的癌癥，尤其是卵巢癌[8]。葉酸作為藥物載體已被報(bào)道[9]是一種有效的腫瘤靶向藥物載體且具有臨床上被用作腫瘤的診斷標(biāo)志組織。葉酸與葉酸受體結(jié)合后，葉酸通過受體介導(dǎo)的胞吞途徑被細(xì)胞攝取[10]。

1.2 液晶葉酸的形成

自組裝是在沒有人為干預(yù)的情況下將組件自主組織成模式或結(jié)構(gòu)。液晶葉酸是指葉酸在水溶液中自組裝形成液晶結(jié)構(gòu)。George M等[11]最早發(fā)現(xiàn)幾種脫氧-鳥苷衍生物可以形成液晶相，由于鳥嘌呤和蝶呤結(jié)構(gòu)的相似性提出葉酸自組裝會(huì)形成由葉酸四聚體疊加陣列組成的手性柱狀聚集體，研究顯示在水中葉酸鉀通過自組裝過程形成六角液晶相。而在Ciuchi F等[12]對(duì)堿性葉酸在水中的研究中，加入或不加入NaCl，都形成柱狀中間相。這些柱由堆積的葉酸四聚體組成，這些四聚體由Hoogsteen氫鍵和堆疊相互作用結(jié)合在一起。

Kamikawa Y等[13]發(fā)現(xiàn)葉酸衍生物通過蝶呤環(huán)的分子間氫鍵自組裝形成盤狀四聚體，葉酸衍生物表現(xiàn)出熱致液晶-結(jié)晶行為。在整齊的狀態(tài)下，堆積的四聚體可以在室溫，添加堿金屬鹽在柱狀相中誘導(dǎo)手性最終形成熱致六方柱狀相。Gottarelli G等[14]通過小角度中子散射，圓二色性和NMR技術(shù)研究了葉酸鹽在水中自組裝的結(jié)構(gòu)模型由堆疊的四聚體組成；每個(gè)四聚體由Hoogsteen鍵合的葉酸殘基形成。Mohanty等[15]提出，研究某些維生素基團(tuán)和具有酸衍生物的膽固醇的意義在于通過更好的包封與釋放藥物的機(jī)制更好地理解與開發(fā)更有效的藥物遞送系統(tǒng)，葉酸也是這一類分子。Motkar G等[16]發(fā)現(xiàn)低濃度的葉酸溶液也可以呈現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)，而這種有序的結(jié)構(gòu)是藥物包封所必需的，液晶葉酸是一種可行的藥物載體。

液晶葉酸的形成是葉酸在水溶液中形成有序的四聚體，由這些堆積的葉酸四聚體組成六方柱狀中間相，進(jìn)一步以不同堆積方式締合，葉酸碳?xì)滏湉奈蓙y分布轉(zhuǎn)變成規(guī)則排列，進(jìn)而形成液晶結(jié)構(gòu)。液晶葉酸形成過程示意圖見圖1。

圖1 液晶葉酸形成過程示意圖

葉酸在水中呈現(xiàn)棒狀，見圖2(a)。加入適量氫氧化鈉使得葉酸可以很好地溶解在水中，通過自組裝形成液晶葉酸呈現(xiàn)有序的狀態(tài)，見圖2(b)。

圖2 光學(xué)顯微鏡下的葉酸和液晶葉酸

2 液晶葉酸納米粒的制備

過去有研究使用葉酸作為配體，促進(jìn)納米粒進(jìn)入癌細(xì)胞，來實(shí)現(xiàn)其靶向性[17]。Dong H等[18]將葉酸分子中的末端羧酸鹽作為配位劑，對(duì)鋯基金屬有機(jī)骨架進(jìn)行功能化作為腫瘤靶向藥物載體的研究，對(duì)HeLa細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞攝取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，更多的葉酸功能化鋯基金屬有機(jī)骨架納米顆粒被HeLa細(xì)胞攝取，通過葉酸受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用過程，然后實(shí)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的靶標(biāo)。首先制備金屬有機(jī)骨架材料，然后在室溫下攪拌合成的金屬有機(jī)骨架和FA溶液3 d來制備葉酸靶向材料。該合成過程復(fù)雜且需要大量使用有機(jī)溶劑。

而液晶葉酸納米粒一種是液晶納米粒，其制備方法較為簡單不需要復(fù)雜的合成步驟，有兩種制備方法：自上向下和自下而上法。這兩種方法都是在攪拌的作用下，將兩親性材料加入穩(wěn)定劑，最終形成液晶納米粒。采用較多的是自上而下法，通過將兩親性材料與穩(wěn)定劑混合后形成黏度較大的狀態(tài)，再采用高壓均質(zhì)、超聲、冷凍干燥等方法[19]使之分散為粒徑大小均勻的納米粒。

徐玲霞等[20]采用高壓均值法制備了吳茱萸次堿液晶納米粒，在70 ℃磁力攪拌下以1 200 r/min攪拌3 h后高壓均質(zhì)，在600 MPa下均質(zhì)15 min，結(jié)果得到包封高，粒徑均勻，分散性好的納米粒。

滕爽等[21]采用超聲法制備芍藥苷液晶納米粒，通過透射電鏡、納米粒度儀對(duì)其形態(tài)和粒徑等進(jìn)行考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過超聲分散后納米粒粒徑(170±16) nm，分布均勻并且納米粒分散性良好，制備方法合理可行，穩(wěn)定性好。

制備液晶葉酸納米粒作為藥物載體具有很大的優(yōu)勢，不需要靶向配體，葉酸納米粒本身由葉酸組成具有生物相容性且安全無毒，通過簡單攪拌，再采用高壓均質(zhì)等方法使之分散即可。葉酸離子和羥丙基甲基纖維素(HPMC)之間的相互作用來產(chǎn)生具有不連續(xù)納米域的相[22]。HPMC和葉酸離子都是水溶性的，相域的大小取決于溶液中兩種組分的相對(duì)濃度。羥丙基甲基纖維素(HPMC)是水溶性纖維素生物相容性聚合物，具有良好的生物相容性及生物降解能力。在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，可使獲得的產(chǎn)品具有顆粒規(guī)整、疏松。它被美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)用于食品、藥品等[23]。

加入CaCl2、ZnCl2或AlCl3的水溶液用作納米顆粒的交聯(lián)劑，多價(jià)陽離子與液晶溶液中的一價(jià)陽離子交換。在多價(jià)鹽溶液的幫助下交聯(lián)，防止其聚集得到穩(wěn)定的納米顆粒。發(fā)現(xiàn)通過控制這些因素，納米顆粒可以是在100～300 nm范圍內(nèi)，是一種有前途的藥物遞送載體。

3 作為藥物載體的研究進(jìn)展

液晶納米粒由于生物相容性高、增加藥物的穩(wěn)定性、緩釋釋放藥物的特點(diǎn)，可以顯著提高藥物的生物利用度，已經(jīng)廣泛用作藥物載體的研究。采用高壓均質(zhì)法制備液晶納米粒負(fù)載冬凌草甲素，使難溶性藥物在水中的溶解度提高了5.2倍，通過液晶納米粒藥物系統(tǒng)的傳遞，延長藥物的作用時(shí)間，提高了藥物的生物利用度，納米粒的釋放機(jī)制均以擴(kuò)散為主，載藥納米粒緩釋作用明顯[24]。采用自乳化法制備水楊酸甲酯六角相液晶，將不同載藥量的水楊酸甲酯六角液晶用于體外透皮實(shí)驗(yàn)，以市售復(fù)方水楊酸甲酯軟膏為對(duì)照，考察自制水楊酸甲酯六角相液晶的透皮性能，發(fā)現(xiàn)水楊酸甲酯六角相液晶的體外透皮累積滲透量是水楊酸甲酯復(fù)方軟膏的2.76倍，水楊酸甲酯六角相液晶的透皮性能有所提高[25]。將單油酸和油酸形成的液晶作為納米載體，對(duì)其表征并進(jìn)行穩(wěn)定性和包封率的考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)六角液晶相納米粒粒徑為150 nm,具有高封裝效率并在90 d的體外釋放研究中保持穩(wěn)定[26]。

Misra R等[27]采用MTT法進(jìn)行液晶葉酸的細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)較低濃度下可忽略其細(xì)胞毒性，表明液晶葉酸作為藥物載體是安全的。該研究者還選擇NIH-3T3作為正常細(xì)胞，而HeLa細(xì)胞系用作癌細(xì)胞來體外區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)液晶葉酸納米載體具有有效靶向性。

對(duì)于液晶葉酸納米粒子的載藥效果的研究[28]，該納米粒子具有更高的藥物負(fù)載能力，可以減少納米載體的量。Mohanty S等[29]與游離的抗癌藥相比，通過液晶葉酸納米粒負(fù)載對(duì)HEK 293T(正常細(xì)胞系)表現(xiàn)出低細(xì)胞毒性，表明液晶葉酸納米粒子可以最大限度的減少游離抗癌藥物對(duì)健康細(xì)胞和組織的殺傷作用。Katyal H等[30]使用液晶葉酸納米載體可以控制阿糖胞苷(Ara-C)釋放，在2，6，10，20，24 h處研究細(xì)胞活力，發(fā)現(xiàn)24 h后釋放的藥物能夠有效的殺死癌細(xì)胞。

4 展望

液晶葉酸納米粒子的結(jié)構(gòu)有序，具有藥物的高度包封，控制釋放速率，生物相容性等多種優(yōu)點(diǎn)。此外，它促進(jìn)納米藥物的細(xì)胞攝取，而不需要任何額外的基于葉酸配體的靶向步驟，制備簡單不需要大量的有機(jī)溶劑，這種液晶納米粒也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。液晶葉酸納米粒子可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向癌細(xì)胞，負(fù)載抗癌藥增加了其治療的效果，降低了藥物的毒副作用減少對(duì)正常細(xì)胞的損害。液晶葉酸納米粒子為給藥系統(tǒng)提供了一種新思路，但是目前研究與開發(fā)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

近幾年，對(duì)于葉酸給藥系統(tǒng)的研究廣泛，但需要葉酸作為靶向配體，合成路線復(fù)雜且無法避免有機(jī)溶劑的使用，而液晶葉酸安全無毒，制備較為簡單，隨著對(duì)該載體在體內(nèi)穩(wěn)定性的進(jìn)一步研究，使得液晶葉酸納米粒子具有更大的發(fā)展前景。