納米材料在抗菌藥物載體方面的研究進(jìn)展

李勃，莊冬生綜述，魯鑫審校

（1.天津市第一中心醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科，天津 300192；2.解放軍疾病預(yù)防中心，北京 100071；3.解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心普通外科，北京 100071）

在過去的幾十年里，抗生素治療細(xì)菌感染取得了巨大的成功。一般情況下，抗生素依托全身體液系統(tǒng)彌漫擴(kuò)散，以清除體內(nèi)的致病菌。另外，它們也被靶向運(yùn)送至感染部位例如肺部、肝臟或者腦脊液等，在感染部位達(dá)到有效藥物作用濃度。最近，感染部位靶向抗菌治療越來越受到重視，主要是由于其最大限度地減少藥物全身暴露和產(chǎn)生潛在細(xì)菌耐藥性。

近年來，納米技術(shù)的進(jìn)步，特別是納米藥物載體的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)和衛(wèi)生保健領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。納米藥物載體能夠增強(qiáng)藥物的溶解度，調(diào)節(jié)藥物釋放特性，將藥物分子遞送到靶標(biāo)，同時(shí)傳遞多種藥物。由于這些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，納米藥物載體能夠提高藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和藥物有效載荷，提高抗生素的生物利用度和治療效果，有助于藥物分子避免生物降解，并減少不良反應(yīng)。納米藥物載體已經(jīng)被批準(zhǔn)用于臨床，包括治療感染、腫瘤等。與此同時(shí)，負(fù)載抗生素納米藥物載體的研究越來越多，許多載體已處于臨床試驗(yàn)階段。

近年來，利于感染部位靶向治療的納米藥物載體被廣泛的研究。納米藥物載體的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、比表面積大、可功能化修飾、對(duì)疏水性和親水性藥物分子的適應(yīng)性、在生理溶液中的高穩(wěn)定性以及治療部位的靶向性。納米藥物載體可對(duì)抗菌藥物靶向遞送并維持抗菌藥物的濃度，通過吞噬細(xì)胞胞吞，將抗菌物質(zhì)帶入真核細(xì)胞，從而殺滅細(xì)胞內(nèi)的病原體，以上特點(diǎn)使其成為有前途的抗菌藥物載體。據(jù)報(bào)道納米藥物載體包括金屬納米藥物載體（如銀和金）、聚合物納米藥物載體和脂質(zhì)體等，本文綜述幾種常用的納米藥物載體及其在抗感染治療中的應(yīng)用[1-2]。

1 金屬納米藥物載體

金屬納米顆粒，如納米銀（AgNP）和納米金（AuNP），不僅表現(xiàn)出潛在的固有抗菌性能[1]，而且還具有作為抗菌藥物載體的潛力。研究通過納米銀和納米金球形粒子負(fù)載氨芐西林，觀察能否增強(qiáng)殺滅耐藥細(xì)菌的功效，最終對(duì)AuNP-和AgNP-氨芐西林耦聯(lián)物進(jìn)行了大腸桿菌、霍亂弧菌、耐多藥細(xì)菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌分離物進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果表明納米金/銀顆粒與氨芐西林結(jié)合均為強(qiáng)效廣譜殺菌劑[1，3]。金納米粒只有在負(fù)載抗生素時(shí)才具有抗菌作用。此外，銀納米粒對(duì)革蘭陽(yáng)性和革蘭陰性細(xì)菌均表現(xiàn)出固有的抗菌活性。功能化修飾增加了AgNP的抗菌能力，其在4μg/L濃度下迅速殺死耐氨芐青霉素大腸桿菌和銅綠假單胞菌。

在最近的一項(xiàng)研究中，Hassan等[4]報(bào)道了萬(wàn)古霉素與帶有磁性納米藥物載體結(jié)合顯著增加了對(duì)萬(wàn)古霉素耐藥細(xì)菌的抗菌活性，包括金黃色葡萄球菌和糞腸球菌。此外，載體表面較高的藥物密度增強(qiáng)了對(duì)細(xì)菌的親和性，可在2 h內(nèi)迅速滲透細(xì)菌細(xì)胞壁，而游離萬(wàn)古霉素則無此效果。Yang等[5]成功地研發(fā)了負(fù)載慶大霉素的介孔硅納米藥物載體，該納米藥物載體表面涂有脂質(zhì)雙層膜，包裹著固定的細(xì)菌靶向肽，靶向感染部位進(jìn)而清除胞內(nèi)的金黃色葡萄球菌。在耦聯(lián)物中，脂質(zhì)物質(zhì)在介孔二氧化硅納米顆粒到達(dá)受感染的哺乳動(dòng)物細(xì)胞之前，充當(dāng)了阻止慶大霉素釋放即封堵劑的作用，到達(dá)感染部位后脂質(zhì)物質(zhì)被感染部位的細(xì)菌毒素降解，釋放出能迅速殺死細(xì)菌的抗生素。結(jié)果表明，負(fù)載慶大霉素的介孔硅納米藥物載體在體外細(xì)胞和小鼠體內(nèi)模型中均有效地清除了金黃色葡萄球菌。這種納米藥物載體的優(yōu)點(diǎn)有生物相容性好、孔道可控、穩(wěn)定性高，可以將細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌殺死[5]。

2 聚合物納米藥物載體

近年來，聚合物納米藥物載體已成為對(duì)抗病原微生物耐藥性的潛在的新型抗菌劑[6-7]。事實(shí)上，這種納米藥物載體不僅具有固有的抗感染特性，而且還能作為抗菌藥物的載體。聚合物納米粒子（NPs）表現(xiàn)出獨(dú)特的特性如[1，8]：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠均一化合成;通過改變聚合物、表面活性劑和溶劑的長(zhǎng)度，可以很容易地調(diào)整粒子特性（如尺寸、zeta電位和藥物釋放特性）。其表面含有能被抗菌素或病原體靶向配體化學(xué)修飾的功能團(tuán)。Zhang等[8]成功開發(fā)了一個(gè)聚（環(huán)氧乙烷）聚合體PEO-PCL負(fù)載的NP系統(tǒng)，成為細(xì)胞內(nèi)抗人免疫缺陷病毒（HIV）蛋白酶抑制劑載體。有研究檢測(cè)了NP在THP-1人單核/巨噬細(xì)胞（Mo/Mac）細(xì)胞系體外細(xì)胞的攝取和分布，結(jié)果表明，包覆在PEO-PCL NPs中的細(xì)胞內(nèi)藥物濃度明顯高于水溶液中相同抗菌藥物的濃度[9]。證明PEO-PCL NPs是Mo/Mac細(xì)胞中抗菌藥物胞內(nèi)傳遞的通用載體。

在另一項(xiàng)研究中，研究者使用天然聚合物藻酸鹽NP，把其作為一線抗結(jié)核藥物（ATDs）的傳遞系統(tǒng)，包括利福平、異煙肼、吡嗪酰胺和乙胺丁醇[1]。結(jié)果表明，海藻酸鈉具有較高的藥物負(fù)載率。在結(jié)核分枝桿菌H37Rv感染小鼠體內(nèi)進(jìn)行的藥代動(dòng)力學(xué)研究表明，與游離的ATDs相比，海藻酸鈉單次口服給藥可增強(qiáng)包膜藥物的相對(duì)生物利用度。經(jīng)過15 d的治療，藥物包裹的海藻酸鈉能完全清除感染小鼠肺、肝、脾中的細(xì)菌[10]。

3 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體自1965年首次被描述為潛在的藥物載體以來，已成為治療癌癥和感染等多種疾病的有效藥物載體[11]。它是一個(gè)或幾個(gè)同心脂質(zhì)雙層的球形囊泡。脂質(zhì)體作為抗生素載體已被越來越多地研究用于攻克耐藥菌。有研究將多黏菌素B加載脂質(zhì)體，脂質(zhì)體由1，2-二棕櫚酰甘油酯-3-磷膽堿和膽固醇（2∶1）組成。此脂質(zhì)體多黏菌素B在大鼠肺部感染模型中與P.aeruginosa進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)與游離藥物相比，脂質(zhì)體多黏菌素B顯著降低了肺部細(xì)菌計(jì)數(shù)[12]。此外，脂質(zhì)體多黏菌素B延長(zhǎng)了藥物在肺中的滯留，從而增強(qiáng)了藥物的抗菌活性[13]。在另一項(xiàng)研究中，Alshamsan等[14]將青霉素G封裝在陽(yáng)離子脂質(zhì)體中，脂質(zhì)體由二棕櫚酰磷脂酰膽堿（DPPC）、膽固醇和二甲基銨乙烷氨基甲酰膽固醇組成，目的是靶向金黃色葡萄球菌的生物膜。在低藥物濃度和短時(shí)間暴露的情況下，該脂質(zhì)體系統(tǒng)顯著增強(qiáng)了抗生素抑制金黃色葡萄球菌生物膜的生長(zhǎng)。

4 碳基納米藥物載體

碳基納米結(jié)構(gòu)如碳納米管、富勒烯和石墨烯，由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，顯示出強(qiáng)大的抗菌作用。它們對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生活性氧和自由基造成物理/機(jī)械損傷，從而產(chǎn)生抑菌和殺菌作用[15]。碳納米管和氧化石墨烯NPs由于具有侵入細(xì)菌包膜的能力被認(rèn)為是潛在的抗菌藥物載體。一項(xiàng)研究中，將抗生素頭孢氨芐連接在多壁碳納米管上，獲得的耦聯(lián)物對(duì)革蘭陰性菌（P.aeruginosa和E.coli）和革蘭陽(yáng)性菌（S.aureus和枯草芽孢桿菌）的抗菌和抗黏附活性高于單獨(dú)使用多壁碳納米管[16]。有研究合成了兩性霉素B和多壁碳納米管/單壁碳納米管之間的兩個(gè)耦聯(lián)物[17]。預(yù)期的結(jié)果是限制其水溶性差而產(chǎn)生的不良影響，改善治療指標(biāo)，提高對(duì)耐藥菌株的殺滅效果。在另一項(xiàng)研究中，Jiang等[18]將四環(huán)素?fù)饺刖垡蚁﹣啺沸揎椀难趸╬GO）中，形成了pGO-四環(huán)素納米結(jié)構(gòu)。負(fù)載四環(huán)素的pGO對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與單獨(dú)pGO和四環(huán)素的抗菌活性進(jìn)行了比較。pGO未見抗菌活性，而pGO-四環(huán)素納米藥物載體對(duì)兩種菌株的最低抑菌濃度（MIC）值比四環(huán)素低4倍。進(jìn)一步的研究表明，pGO與四環(huán)素具有協(xié)同作用。pGO納米薄片可以誘捕和破壞細(xì)菌，釋放后四環(huán)素可以作用于菌體核糖體靶標(biāo)。

5 展望

細(xì)菌耐藥已經(jīng)成為全球公共衛(wèi)生難題，盡管在過去的幾十年里已經(jīng)做了很多努力，但研究人員仍然沒有找到規(guī)避細(xì)菌耐藥性的理想ATBs。近年來，納米藥物載體負(fù)載ATBs可以通過特定的識(shí)別途徑，準(zhǔn)確到達(dá)感染部位，增強(qiáng)藥物的抗菌活性。這些納米藥物載體負(fù)載ATBs不僅具有對(duì)抗目標(biāo)病原體的抗菌活性，也可以限制細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生和減少藥物的不良反應(yīng)。納米藥物載體有望成為靶向遞送藥物到達(dá)感染部位，增強(qiáng)抗菌活性，解決細(xì)菌耐藥的可行方案，在放大傳統(tǒng)抗生素的藥效的同時(shí)提高對(duì)耐藥菌的有效清除。例如PLGA納米可以提高ATDs（利福平、吡嗪酰胺、異煙肼）在肺和感染肺泡巨噬細(xì)胞中的生物利用度[7]。但納米載藥系統(tǒng)在應(yīng)用推廣方面還面臨著生產(chǎn)成本高、系統(tǒng)自身缺陷、安全性等諸多問題需要攻克[19]。