探索現(xiàn)代給藥系統(tǒng) 護航人類生命健康記寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院茍國敬教授及其團隊

◎ 文/于海芳 宣繼航

現(xiàn)如今，隨著生活壓力越來越大，腫瘤發(fā)病率的上升趨勢越發(fā)突出。2021 年剛剛過去的三個月中，演藝界就有多位藝人因惡性腫瘤去世，其中不乏年輕人。無論是從個人的生命健康還是從國家的長遠需求來看，對于腫瘤藥物的創(chuàng)新研發(fā)，不僅僅是醫(yī)學(xué)上的進步，更是為人類生命注入了新的希望。

關(guān)于MLDH 生物轉(zhuǎn)運與磁靶向緩釋系統(tǒng)的藥效、藥理機制及智能化發(fā)展——“磁性層狀復(fù)合氫氧化物生物靶向轉(zhuǎn)運”項目以及“基于層狀復(fù)合氫氧化物載體的磁靶向緩釋化療制劑”項目，是由寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院二級教授、藥學(xué)院藥劑學(xué)專業(yè)研究生導(dǎo)師、國家百千萬人才工程第三層次新世紀(jì)學(xué)術(shù)、技術(shù)帶頭人——茍國敬教授及其團隊近年來的重要創(chuàng)新成果。作為項目負責(zé)人，茍國敬教授不斷激發(fā)成員創(chuàng)新能力，讓每一個成員都發(fā)揮出了最大價值，在科研路上不斷攻克技術(shù)難關(guān)，多年來砥礪奮進、成績斐然。

基因轉(zhuǎn)移是基因治療的關(guān)鍵

“磁性層狀復(fù)合氫氧化物生物靶向轉(zhuǎn)運”項目通過研發(fā)磁性層狀氫氧化合物（magnetic layered double hydroxide，MLDH） 新型載體構(gòu)建MLDH-DNA 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，借助MLDH 的順磁性與控釋功能實現(xiàn)了DNA 在體內(nèi)的磁靶向轉(zhuǎn)運；以熒光黃和核酸染料標(biāo)記DNA 為客體制備MLDH 磁性熒光探針，跟蹤研究MLDH 運載系統(tǒng)的細胞及體內(nèi)轉(zhuǎn)運過程。該項目獲得3 項發(fā)明授權(quán)及以下成果：（1）獲得MLDH 透過細胞膜、穿越細胞質(zhì)，將藥物或生物分子送達細胞核、富集至核仁的直觀證據(jù)；（2） 利 用MLDH-DNA 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，將DNA 順利快速送達細胞中心；（3）基于MLDH 的粒子形態(tài)及染料分子的熒光信號，利用TEM 電鏡及激光共聚焦熒光顯微鏡技術(shù)有效跟蹤細胞傳遞過程，開發(fā)具有熒光示蹤、磁分離及靶向轉(zhuǎn)運功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)平臺。

首先， 通過研發(fā)MLDH-FLU插層組裝型磁性熒光探針，研究細胞轉(zhuǎn)運過程，探討MLDH 細胞轉(zhuǎn)運機制，獲得MLDH 透過細胞膜、穿越細胞質(zhì)，將生物分子送達細胞核富集至核仁的直觀證據(jù)，為基因的化學(xué)轉(zhuǎn)運技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

其 次， 發(fā) 明“MLDH-DNA 基因運載系統(tǒng)”及合成技術(shù)，實現(xiàn)對基因分子保護、控制釋放與磁靶向轉(zhuǎn)運的融合統(tǒng)一，將DNA 順利快速送達細胞中心。構(gòu)建對DNA 有保護、釋放控制和磁靶向轉(zhuǎn)運作用的新型基因轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，完成針對裸基因片段及修復(fù)DNA 片段體內(nèi)靶向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)化學(xué)合成的專利技術(shù)。

最后，將DNA-nucleic acid dye插載到MLDH 內(nèi)層，解決基因靶向轉(zhuǎn)運過程的示蹤問題，獲得了具有熒光發(fā)射及靶向轉(zhuǎn)運功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米平臺。所研發(fā)的MLDH/DNAnucleic acid dye 磁性熒光探針，對探討MLDH 的細胞轉(zhuǎn)運機制、開發(fā)生物靶向遞送技術(shù)有重要意義。

與現(xiàn)有基因化學(xué)轉(zhuǎn)移技術(shù)相比，該項目的技術(shù)創(chuàng)新高度體現(xiàn)為：（1）在國內(nèi)、外率先實現(xiàn)了基因靶向轉(zhuǎn)運與有效保護、緩釋控制在載體結(jié)構(gòu)層面的融合統(tǒng)一。（2）替代目前成熟的磷酸鈣載體，建立了有層狀組織架構(gòu)、載體與容體間有特殊超分子鍵合作用、可實現(xiàn)磁靶向與核靶向轉(zhuǎn)運的新型基因運載系統(tǒng)，使基因運載的物理化學(xué)導(dǎo)向技術(shù)手段、效率和遞送深度等發(fā)生了深刻變革。

另外，該項目研發(fā)新型MLDHDNA 磁靶向轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，解決了基因治療過程靶向轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵技術(shù)問題；取得的化學(xué)轉(zhuǎn)移技術(shù)成果在未來國際現(xiàn)代藥劑生產(chǎn)及生物智能化技術(shù)領(lǐng)域有理想的應(yīng)用前景，對提高細胞核轉(zhuǎn)運效率、實現(xiàn)智能調(diào)控有深遠影響，對建立高效轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、開發(fā)有商用價值的基因產(chǎn)品有著重要意義。

助推磁靶向化療藥物的創(chuàng)新設(shè)計

“基于層狀復(fù)合氫氧化物載體的磁靶向緩釋化療制劑”項目，是在設(shè)計研發(fā)“右旋糖酐-磁性層狀復(fù)合氫氧化物-氟尿嘧啶”（Dextranmagnetic layered double hydroxide fluorouracil，DMF）磁靶向緩控釋給藥系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對DMF 的制劑化途徑、制劑藥效學(xué)、靶向療效學(xué)及DMF 系統(tǒng)的智能化問題開展的縱向研究，驗證“整合Fe(OH)x 的順磁結(jié)構(gòu)與LDH 的緩釋作用設(shè)計多功能運載系統(tǒng)、開發(fā)新型靶向—緩釋制劑”構(gòu)想的科學(xué)性。

聚焦DMF 化療制劑開發(fā)，發(fā)明DMF 磁性緩釋片、液態(tài)DMF 脂質(zhì)體和固態(tài)磁性脂質(zhì)體，建立DMF 制劑磁靶向療效學(xué)研究方法，為臨床應(yīng)用及商用藥品開發(fā)提供基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)。第一、基于“傳統(tǒng)輔料-MLDH運載-劑型化”效應(yīng)，利用傳統(tǒng)輔料的賦形作用，用壓片法制備親水凝膠型DMF 骨架片；將DMF 納米粒包進脂質(zhì)體核心，使脂質(zhì)體的靶向效果通過核心磁性骨架得到改變，提高DMF 的流動性與循環(huán)穩(wěn)定性；以DMF 系統(tǒng)為核心，用大豆卵磷脂、膽固醇及甘露醇作輔料，通過脂質(zhì)體加工、冷凍升華制成DMF 固態(tài)脂質(zhì)體。第二、驗證DMF 制劑在體外及體內(nèi)生物環(huán)境的磁靶向-緩控釋性能。DMF 緩釋片體外磁響應(yīng)敏感，藥物釋放遵循零級動力學(xué)方程；口服給藥的肝首過效應(yīng)低，在體內(nèi)呈長效、多級藥物過程，磁場干預(yù)增加DMF 進入體循環(huán)的量、延遲達峰時間，使血藥濃度水平更趨平穩(wěn)，靶向分布指數(shù)上升。DMF 磁性脂質(zhì)體具有典型的體外控釋特性、靈敏的磁靶向性、抑制癌細胞增殖的較強活性及特殊持久的體內(nèi)藥物過程。第三、檢驗DMF 脂質(zhì)體的磁靶向治療效果。對荷MGC-803實體瘤裸鼠腹腔注射的抑瘤率達到60.7%，磁干預(yù)時升至73.3%，接近乃至超過文獻報道瘤體直接給藥或血管給藥的抑瘤率；Ki-67 陽性表達降至0.1647±0.0119，磁干預(yù)降至0.1424±0.0264；腫瘤組織微血管密度降至29.78±7.09，加磁干預(yù)低至22.78±4.85。為臨床應(yīng)用和商用制劑研發(fā)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。該項目從磁性載藥粒子設(shè)計上改變現(xiàn)有磁靶向給藥系統(tǒng)的載體類型與組裝方式，實現(xiàn)給藥系統(tǒng)磁靶向轉(zhuǎn)運與緩釋控制的融合；推動MLDH 制劑化進程。

該項目的創(chuàng)新技術(shù)包括，首先，合成DMF 納米藥物，用HPMC 及殼聚糖作骨架材料，通過粉末壓片法制備給藥周期12h 的磁性DMF 緩釋片；通過動物實驗評價DMF 緩釋片口服給藥的體內(nèi)藥動學(xué)及磁場干預(yù)下的藥物靶向分布。其次，以“右旋糖酐-磁性層狀復(fù)合氫氧化物-氟尿嘧啶”超分子為核心，以大豆卵磷脂和膽固醇作脂質(zhì)原料，用逆向蒸發(fā)法制備DMF 磁性液態(tài)脂質(zhì)體；以磁性液態(tài)脂質(zhì)體為基礎(chǔ)，利用冷凍升華技術(shù)制得DMF 磁性固態(tài)脂質(zhì)體。聯(lián)合傳統(tǒng)脂質(zhì)體化技術(shù)與DMF 納米合成技術(shù)，研發(fā)磁性DMF 脂質(zhì)體，為FU 的磁靶向化療提供現(xiàn)實途徑；通過家兔靜脈注射給藥藥動學(xué)實驗，考察脂質(zhì)體的體內(nèi)藥效學(xué)及靶向分布特征。最后，從療效、機制和微觀分析3 個層面驗證DMF 脂質(zhì)體的抗腫瘤增殖效果：（1）腹腔注射DMFL的抑瘤率及實用效果優(yōu)于現(xiàn)有同類制劑；（2）腫瘤增殖力指標(biāo)（VEGF、Ki-67、CD34）測評證明，DMFL顯著減弱瘤組織血管內(nèi)皮細胞活性、抑制癌細胞增殖活力、控制瘤組織微血管數(shù)量，能有效阻擾腫瘤擴增機制；（3）組織病理染色、腫瘤切片分析及細胞生物學(xué)結(jié)果證明，DMFL納米粒的磁靶向性、藥物緩控釋作用及獨特的細胞生物學(xué)效應(yīng)在抑制體內(nèi)癌細胞的惡性增殖中起了重要作用。通 過DMFL 對 荷MGC-803 實體瘤裸鼠的磁靶向療效學(xué)研究，客觀檢驗DMF 磁靶向-緩釋脂質(zhì)體抗腫瘤體內(nèi)擴增的現(xiàn)實效果。

通過治療技術(shù)的效果對比可見，DMF 脂質(zhì)體抗腫瘤效果突出，腹腔注射的抑瘤率60.7%，靶向干預(yù)上升至73.3%，接近乃至超過文獻報道瘤體直接給藥或血管給藥的抑瘤率；Ki-67 陽性表達降至0.1647±0.0119，磁干預(yù)降至0.1424±0.0264；腫瘤組織微血管密度降 至29.78±7.09，加磁干預(yù)低至22.78±4.85。（2）DMFL 納米粒能將藥物送達癌細胞核，有效、直接地抑制癌細胞核增殖活性，引發(fā)癌細胞脹亡、根除病灶。

該項目的關(guān)鍵技術(shù)在于，不僅解決了DMF 納米粉末的片劑化問題，研發(fā)給藥周期12h 的磁性DMF骨架緩釋片，在國內(nèi)、外首次實現(xiàn)氟尿嘧啶的口服給藥，為應(yīng)用FU 進行靶向化療提供了便捷途徑。而且還解決了DMF 納米粒子的脂質(zhì)化問題，聯(lián)合傳統(tǒng)脂質(zhì)體技術(shù)、冷凍干燥技術(shù)及DMF 納米藥物合成技術(shù)，研發(fā)液態(tài)磁性DMF 脂質(zhì)體和固態(tài)磁性脂質(zhì)體，為廣譜抗癌藥物在磁靶向化療中的應(yīng)用提供了有效途徑。另外，建立腫瘤模型，進行藥效、藥動、療效學(xué)研究的生物取樣，宏觀監(jiān)測、組織形態(tài)學(xué)檢查、腫瘤細胞生物學(xué)檢測及免疫組化分析，為納米制劑的藥效、療效及病理學(xué)研究奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)，將LDH 超分子化學(xué)研究推進到制劑化、醫(yī)學(xué)、療效學(xué)及病理學(xué)層面?？梢姡擁椖可钊搿⑷嫜芯緿MF 給藥系統(tǒng)制劑化的途徑、工藝條件、產(chǎn)品性能及藥效學(xué)、療效學(xué)，獲得完整的實驗數(shù)據(jù)；成果的整體水平居于國內(nèi)、外同類研究的領(lǐng)先地位。

通過“基于層狀復(fù)合氫氧化物載體的磁靶向緩釋化療制劑”項目研究，發(fā)現(xiàn)了MLDH 系統(tǒng)的細胞核靶向轉(zhuǎn)運特性，證明“右旋糖酐-磁性層狀復(fù)合氫氧化物-氟尿嘧啶”給藥系統(tǒng)的磁靶向-緩控釋兼融性及其優(yōu)異的抗腫瘤效果，為DMF 制劑研發(fā)、生產(chǎn)及后繼的臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù)，對指導(dǎo)新型靶向轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)研究及化學(xué)生物學(xué)研究有重要的學(xué)術(shù)價值；并且該項目的發(fā)明成果，有助于推進現(xiàn)代給藥系統(tǒng)的設(shè)計創(chuàng)新，開發(fā)高效廣譜靶向－緩釋制劑，為開發(fā)新型商用靶向緩釋制劑、占領(lǐng)國際新型給藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的制高點提供新的技術(shù)支持。

不僅如此，該項目研發(fā)的DMF制劑，具有突破特殊生物屏障（如血腦、胞膜及核膜屏障）的特殊優(yōu)勢，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可持續(xù)開發(fā)且成本低廉，是進行靶向化療的高效藥物。并且該項目技術(shù)可對現(xiàn)有的一線抗腫瘤化療藥物進行劑型改造，產(chǎn)出更優(yōu)異的化療藥品或針對特殊生物屏障的特種藥劑。通過DMF 化療制劑的開發(fā)利用有望帶動外磁場型理療（如電磁場，嵌磁帽、乳皂、腰帶、腹帶、鞋等）及內(nèi)磁引導(dǎo)（如支架、導(dǎo)管）產(chǎn)品和技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。另外，DMF 系統(tǒng)與光、電、熱、pH 變化等響應(yīng)媒介物結(jié)合，有望開發(fā)更新的智能化多功能系統(tǒng)，將帶來診療一體化技術(shù)，磁致熱、電、光學(xué)診療平臺等納米醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)品的革命性進展。

未來，茍國敬教授及其團隊將會在藥學(xué)領(lǐng)域作更深入的研究與發(fā)展，對現(xiàn)代給藥系統(tǒng)做更深層次的探索，為人類生命健康保駕護航。