紅細胞藥物遞送系統(tǒng)的研究進展

楊根生,金陳浩,徐書敏,楊慶良,郭鈁元,歐志敏

(浙江工業(yè)大學 藥學院，浙江 杭州 310014)

惡性腫瘤是對人類健康和生命有重大威脅的疾病?；瘜W治療作為全身藥物治療手段，是目前針對無法通過手術切除或藥物等手段治療的轉移性惡性腫瘤的主要治療方式，但傳統(tǒng)化療藥物缺乏對腫瘤的特異性，毒副作用大，患者長期化療也極易產生多藥耐藥性(MDR)[1]。構建基于腫瘤靶組織或靶細胞的特異性藥物遞送系統(tǒng)是實現腫瘤精準治療的重要方式，能夠在提高藥物療效的同時減少抗腫瘤藥物的毒副作用，因此也是藥劑學領域的研究熱點。在微納米技術的快速進步之下，該技術被廣泛應用于藥物遞送的微納米藥物制劑領域，比如：微乳、微球、聚合物膠束、納米粒、脂質體等可一定程度地提高化療藥物的血漿半衰期，改善藥物體內分布，控制釋藥速度，并降低藥物的系統(tǒng)毒性[2-3]。例如：錢俊青等[4]研究發(fā)現，楊梅素脂質體和楊梅素相比，具有更長體內循環(huán)時間和更高的藥效；王文喜等[5]將米諾地爾制備成米諾地爾脂質體納米粒，具有較好的生物相容性和緩釋性能。

遞藥系統(tǒng)在循環(huán)系統(tǒng)中極易在調理素作用下發(fā)生調理作用，被單核吞噬細胞系統(tǒng)(MPS)快速清除[6]，從而導致生物利用度低等問題，同時可能誘導人體產生超敏反應。雖然，常見的聚乙二醇(Poly ethylene glycol, PEG)作為一種親水性聚合物，用來修飾以解決納米粒生物相容性問題，就如洪偉勇等[7]研究表明：HCPT的PEG-PHDCA納米囊泡能顯著延長藥物的體外釋放時間和體內半衰期，甚至已有幾種產品達到臨床應用條件，但是這一策略已被廣泛應用于人們的日常消費品中,導致在人類體內產生其特異性抗體[8]，類似如此的缺陷極大限制了微納米藥物在臨床上生物應用。因此，探索低免疫原性的新型納米給藥系統(tǒng)、提高藥物靶向效率成為抗腫瘤藥物遞送領域具有巨大應用價值的研究課題。紅細胞作為新型藥物載體具有極高的生物相容性、超長的半衰期、低免疫原性和靶向性等獨特的優(yōu)勢[9-10]，可以顯著降低免疫相關反應，提高藥物的生物利用度。近年來，這些優(yōu)點使其成為仿生抗腫瘤藥物遞送系統(tǒng)的研究熱點。筆者綜述了近年來紅細胞藥物遞送系統(tǒng)的研究進展，系統(tǒng)闡述了細胞膜載藥的原理、方法以及優(yōu)缺點。

1 紅細胞的特點

紅細胞(Red blood cell, RBC)是人體血液中數量最多、壽命最長的一種細胞，同時也是人體內運送氧氣的最主要的媒介[11]，其比表面積較大，并且具有極強的流動可塑性特性，這兩種特性有利于細胞發(fā)生形變和物質互換。

1.1 具有極高的生物相容性

紅細胞膜的生物相容性高于其他傳統(tǒng)載體系統(tǒng)。因此，通過使用自體紅細胞的方法，不會引起血液凝集和機體排異反應。此外，憑借紅細胞的可生物降解性，它適用于藥物載體本身及其膜為藥物的涂層[12]，提高藥物的生物利用度。

1.2 超長的半衰期

研究[13]表明：與其他藥物載體相比，人源紅細胞的生命周期很長(大約為120 d)。就生命周期而言，鼠源紅細胞雖然比人源紅細胞的短(大約為50 d)，但在某種程度上仍然具有長周期[14]。因此用紅細胞載藥可極大地保護并降低藥物在體內的被巨噬細胞吞噬的速度，使藥物盡可能到達目標部位。

1.3 低免疫原性

近幾年，Gao等[15]研究發(fā)現：RBC-AuNPs憑借RBC的膜以及相關蛋白，使AuNPs不被巨噬細胞吞噬。在此類模型中，紅細胞膜變成很多個“空心球”，成功包裹藥物，防止一些內源性因素的干擾而造成藥物的分解和失效，增加藥物在體內的穩(wěn)定性，并且減少蛋白質、核酸等外源性大分子引起的免疫反應，故能克服人體自身的免疫排斥作用，有利于藥物全身治療的應用。

1.4 精準靶向遞送

目前，精準靶向治療一直是藥物研發(fā)及抗腫瘤領域不斷前進和研究的方向。研究表明：紅細胞膜表面具有一定的可修飾性，且通常使用化學方法，但具有潛在的化學變性風險。在研究中，研究人員通常使用理想的靶向配體進行表面修飾，例如：有研究團隊開發(fā)了一種脂質插入方法，其中靶向基團先栓在脂質分子上，然后插入紅細胞膜[16]。2015年，Gao等[17]就通過收集紅細胞膜，用物理擠壓方法制備紅細胞膜涂層納米粒子(CCNPs),在腫瘤部位明顯增強了藥物結合和吸收。另外，紅磁性(SPIO)納米粒子已被臨床用作MRI造影劑多年，Antonelli等[18]通過對藥物進行紅細胞的包裹，到達了兩種作用，一種是靶向治療作用，另一種是延長造影劑的時間的作用。這些技術對紅細胞膜偽裝藥物的精準治療具有借鑒意義。

2 紅細胞膜內載藥研究

依據上述紅細胞膜獨一無二的特性及優(yōu)勢，海內外已展開諸多深入研究。這類新型仿生遞送系統(tǒng)的研究對惡性腫瘤的靶向治療具有重大意義。膜內載藥能很好控制藥物在體內的代謝速度和降低藥物毒性，現已發(fā)展有眾多包載方法。

研究報道表明：藥物分子進入細胞內腔的方法主要有物理方法[17]和化學方法[19]。目前，研究中出現紅細胞膜囊泡包載藥物等新型載藥方法[20]，提高了載藥量，包載效率較高。

2.1 物理方法

2.1.1 低滲膨脹法

低滲膨脹法[21]是目前最常用最簡便的方法。該法是利用成熟的紅細胞在低滲條件下，細胞發(fā)生膨脹，變?yōu)榍驙?，孔道打開，藥物進入紅細胞，再通過高滲溶液關閉孔道，進而完成藥物包封[22]。例如，在報道中，Wu等[23]采用低滲法制備紅細胞藥物，將氧化鐵納米粒子成功加載到RBCs。

2.1.2 電脈沖法

電脈沖法是主要的物理包載方法。該法是通過將紅細胞放在脈沖電場中，瞬時紅細胞膜被高電壓擊穿，細胞膜被瞬間打開，打開后藥物流入紅細胞。與2.1.1節(jié)所述方法不同，細胞外滲透壓差對該法影響不大，即使細胞外存在高濃度的生物活性物質，也可以通過此法進入細胞內。但是要使藥物進入細胞必須要控制好電壓：電壓過小，擊不穿細胞膜，藥物無法流入細胞內腔；電壓過大很容易擊穿并導致細胞凋亡[24]。

2.2 化學方法

化學擾動是主要的化學包載方法。該法的原理是通過化學物質對紅細胞膜發(fā)生作用，同時利用細胞膜的物質互換的通道，從而增強細胞膜的滲透能力，使藥物分子能夠進入到細胞內部。此法最大的優(yōu)點就是能最大程度減小對紅細胞的傷害，極大可能地保存細胞膜的完整性，且胞內物質不易滲出[25]，例如細胞穿透肽能夠穿透細胞膜，因此，一些大分子物質常常被負載到細胞穿透肽上，共同進入到細胞內腔。

2.3 新型包埋技術

近年來，隨著多學科的發(fā)展與研究的深入，出現多種新型藥物包埋技術。研究人員利用新型技術結合和已有儀器的組裝自制包載設備。例如：有團隊為了合成RBC-NPs，通過脂質體擠壓儀機械擠出將洗滌干凈的紅細胞膜與聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米顆粒融合得到的RBC-NPs，呈現核-殼結構[26]。2019年，Lee等[27]收集紅細胞膜微囊氣泡，使用微型擠出機使產生的紅細胞膜泡通過孔徑為400 nm和200 nm聚碳酸酯膜擠出。89Zr標記的納米顆粒與細胞膜泡混合，然后擠出通過200 nm聚碳酸酯膜至少10 次，以獲得最終的RBC-NPs。最近，還有研究人員采用超聲的方法，納米粒和膜在超聲波的作用下，自發(fā)形成核-殼納米結構[22]。另外，結合快速混合和電穿孔的微流體系統(tǒng)已成功用于在磁性納米顆粒外涂覆RBC膜。設備由Y形合并通道、S形混合組成通道和出口前的電穿孔區(qū)。通過調節(jié)脈沖電壓和時間，以及流速，制備穩(wěn)定性較強的紅細胞膜納米粒[28]。表1為RBCs膜內載藥技術例子。

表1 RBCs膜內載藥技術例子Table 1 Examples of drug-loading technology in erythrocyte membrane

3 紅細胞膜外載藥研究

紅細胞的雙凹結構，為載藥提供大的比表面積，不但可以負載各種小分子化合物，而且能裝載蛋白質、核酸等大分子化合物，并且其膜流動性為在通過窄毛細管時提供了更好的柔韌性[35]。

研究表明：Gao等[17]采用人細胞系MDA-MB-435細胞膜包被的納米粒,比單獨的PLGA納米粒攝取效果強很多；Sun等[36]在2015年通過結合光治療和藥物治療的特點，利用紅細胞為藥物載體，設計了一種靶向控釋載藥系統(tǒng)應用于腫瘤治療。表2為RBCs膜外載藥技術例子。

表2 RBCs膜外載藥技術例子Table 2 Examples of erythrocyte membrane surface drug-loading technology

4 基于紅細胞藥物遞送體系構建的新探索

近幾年，紅細胞除了用來包載小分子和一些大分子藥物以外，還用來探索基因工程RBC[40]，非基因工程RBC和RBC膜包覆生物納米粒子，因其在多種生物醫(yī)學領域具有重大作用，在研究紅細胞膜給藥系統(tǒng)的創(chuàng)新尤為重要。

最新研究中，Han等[13]通過造血干細胞的遺傳修飾，使RBC可以在細胞表面或胞質溶膠中顯示多種治療性蛋白質，使其能治療各種癌癥、自身免疫性疾病和其他罕見疾病。在Shi等[41]研究的另一項工作中，利用遺傳工程改造紅細胞前體后，產生了在其膜上表達分選酶可修飾蛋白的RBC。這些RBC可以在不損害體內細胞的前提下，通過分選酶催化反應用各種功能探針進行標記。除了膜表面的修飾，結合外部設備進行精準靶向治療也是一個思路，Wan等[42]基于紅細胞制備了仿生納米載體系統(tǒng)，得到具有較高光熱效應的DIRAs，用于ICG和DOX的共同加載和控制釋放，結合PTT/PDT和化療能更加有效地治療乳腺癌。

目前看來，雖然紅細胞載藥系統(tǒng)有很大的潛在價值，但是仍有很多的困難[43-45]需要克服：這些仿生結構的潛在免疫原性仍可能造成不理想的副作用和安全問題，包括在膜提取或與納米顆粒融合期間可能發(fā)生膜錨定片段(例如，蛋白質，聚糖等)的構象變化，這可以被認為是激活免疫應答的入侵者。值得注意的是，當將模擬病原體的納米顆粒設計為刺激適應性免疫應答的疫苗時，適度的免疫原性可能對人類健康有益。

5 結 論

總體來說，RBCs作為新型藥物載體具有生物相容性好、半衰期長、免疫原性低以及靶向性強等特性，發(fā)展?jié)摿薮?，特別是在RBCs表面連接藥物或靶向受體。同時，對于癌癥的治療也有極大的研究意義。此外，雖然此載體系統(tǒng)有特別明顯的優(yōu)勢，但是仍然有一些問題需要解決：1) RBCs的活性會受到載藥過程及藥物自身的影響；2) 紅細胞載藥量不理想，對于治療有所限制；3) RBCs存在大量提取、運輸和存放等問題。因此，現階段有一些研究正在嘗試克服這些問題，包括仿生膜的出現，探究新的載藥方法，提高載藥量等措施。另外，這些問題的存在和膜仿生結構獨特的優(yōu)越性必將隨著科學的發(fā)展而呈現美好的前景,在抗腫瘤等醫(yī)藥領域發(fā)揮更大的作用。