PEG功能化磷脂與脂質(zhì)體穩(wěn)定性的應(yīng)用

本期AVT小編分享一下PEG功能化磷脂與脂質(zhì)體穩(wěn)定性的那些事兒，聚乙二醇(PEG)衍生化磷脂的種類、分子量、用量等對(duì)脂質(zhì)體的穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生影響,可以改善脂質(zhì)體穩(wěn)定性,在延長(zhǎng)脂質(zhì)體體內(nèi)循環(huán)時(shí)間及在新型脂質(zhì)體中也發(fā)揮了不小的應(yīng)用。感興趣的小伙伴一起來(lái)了解下吧！

脂質(zhì)體具有靶向、長(zhǎng)效、可降低藥物毒性及增加藥物穩(wěn)定性等多方面的優(yōu)點(diǎn).但也存在一定的不足和問題,如脂質(zhì)成分易氧化水解、脂質(zhì)體易聚集以及脂質(zhì)體進(jìn)入血循環(huán)后易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(RES)細(xì)胞快速清除、靶向脂質(zhì)體在體內(nèi)發(fā)揮作用前難以保證其完整性等。為克服以上不足,立體穩(wěn)定脂質(zhì)體應(yīng)運(yùn)而生。立體穩(wěn)定脂質(zhì)體是一種表面含有天然或合成聚合物修飾的類脂衍生物的新型脂質(zhì)體。修飾聚合物的種類有聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酰胺(PPA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等,其中PEG是最常用的一種。PEG分子與磷脂分子通過共價(jià)鍵結(jié)合形成PEG衍生化磷脂,能有效地保護(hù)脂質(zhì)體,使脂質(zhì)體物理、化學(xué)及生物穩(wěn)定性大大提高。

實(shí)驗(yàn)證明,PEG衍生化磷脂能降低脂質(zhì)體的滲漏率,減少其聚集和融合,延長(zhǎng)有效期。在體循環(huán)中則可抑制細(xì)胞粘附,屏蔽RES對(duì)脂質(zhì)體的識(shí)別和攝取,延長(zhǎng)脂質(zhì)體體內(nèi)循環(huán)時(shí)間,因此,此類脂質(zhì)體又稱長(zhǎng)循環(huán)脂質(zhì)體。如用二硬脂酰磷脂酰膽堿(DSPC)、膽固醇(CH)、膽固碎-3-硫酸酯、二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(DSPE)-PEG2000通過凍融法制得的鏈澈酶脂質(zhì)體,tz和AUCo-比直接使用藥物時(shí)分別增大16.3倍和6.1倍"。在炎癥小鼠模型中,吲嶸美辛的長(zhǎng)循不脂質(zhì)體[磷脂酰膽堿(PC):CH:

PEG衍生化磷脂酰乙醇胺(PEG-PE)=1 :o.5 ∶0.16]比傳統(tǒng)脂質(zhì)體(PC : CH∶PE=1 ∶o.5 ∶0.16)的清除減慢.AUCo ,顯著增大.表明PEG-磷脂衍生物能明顯延長(zhǎng)脂質(zhì)體的體循環(huán)時(shí)間[21。

1 PEG衍生化磷脂提高脂質(zhì)體穩(wěn)定性的機(jī)制
1.1粒子間斥力
PEG-磷脂在脂質(zhì)體的脂質(zhì)雙分子層表面形成聚合物保護(hù)層,使粒子間斥力增加,從而使脂質(zhì)體穩(wěn)定性增加。理論上,距離粒子表面s處既存在著范德華引力,又存在著粒子間斥力,當(dāng)斥力大于或等于引力時(shí),粒子穩(wěn)定:反之,則脂質(zhì)體聚集。如當(dāng)s約為粒子直徑的1/10時(shí),即聚合物衣層厚度約為粒子直徑的1O%時(shí),粒子之間的斥力就足以克服與其它大分子或粒子的相互作用13。
隨PEG分子量的增加,粒子間斥力增加,脂質(zhì)體也越穩(wěn)定。Needham等4用X射線衍射研究了含4%摩爾分?jǐn)?shù)PEG(1900)-磷脂的脂質(zhì)體(磷脂:CH為2;1)雙分子層結(jié)構(gòu)和粒子間斥力,結(jié)果表明,在該濃度,結(jié)合的聚合物從脂質(zhì)體表面伸出大約50A(5nm),增加了膜與膜之間的斥力。這有效地減少了脂質(zhì)體聚集、融合現(xiàn)象的發(fā)生,并抑制脂質(zhì)體與蛋白、細(xì)胞的粘附,增強(qiáng)了其體內(nèi)外穩(wěn)定性。

1.2構(gòu)象云結(jié)構(gòu)
具有柔韌性和親水性的PEG聚合物在脂質(zhì)體表面形成的致密“構(gòu)象云”(conformational clouds),可產(chǎn)生較大的空間位阻效應(yīng)(steric barrier),抑制其它高分子物質(zhì)與脂質(zhì)體表面接觸,包括血漿成分的吸附,防止脂質(zhì)體被RES識(shí)別和攝取,甚至在較低濃度下就能產(chǎn)生很強(qiáng)的保護(hù)作用。這種保護(hù)作用可能同疏水鏈與脂質(zhì)體膜核心或表面相互作用的能量的平衡和PEG鏈在溶液中自由運(yùn)動(dòng)的能量有關(guān)例。Belsito等6用電子自旋共振(ESR)和光密度測(cè)量法研究了水分散體中PEG-PE與卵磷脂的相互作用,證實(shí)了構(gòu)象云結(jié)構(gòu)的存在。

1.3 水化膜結(jié)構(gòu)
PEG的親水性可使脂質(zhì)體表面形成水化膜,掩蓋脂質(zhì)體表面的疏水性結(jié)合位點(diǎn),降低RES對(duì)脂質(zhì)體的識(shí)別和攝取,延長(zhǎng)體循環(huán)時(shí)間7.8。如PEG-PE的硫水性長(zhǎng)鏈有利于將分子插入脂膜.而親水性部分則伸展于脂膜表面,在脂質(zhì)體表面形成較厚的水化膜保護(hù)層,從而提高脂膜親水性并造成空間位阻,增強(qiáng)穩(wěn)定性,這種作用隨PEG分子量增加而增加。水化膜保護(hù)層的形成增加了脂質(zhì)體的親水性,使脂質(zhì)體在極性溶劑中更穩(wěn)定,有利于脂質(zhì)體的保存9。

2影響PEG衍生化磷脂脂質(zhì)體穩(wěn)定性的因素
2.1 PEG 分子量
隨PEG分子量的增加(由2000增至5000)，其延緩脂質(zhì)體中鈣黃綠素(calcein)滲漏的作用明顯增強(qiáng),屏蔽RES對(duì)脂質(zhì)體的識(shí)別和攝取作用也增強(qiáng)9。Bedu-Addo等1011證明增大PEG-磷脂中PEG的分子量及其結(jié)合率能有效抑制脂質(zhì)體的聚集。PEG-PE 與PC的混合物的物理狀態(tài)取決于PEG-PE中PEG的分子量, 3種物理狀態(tài)分別為:各組分星可混溶的薄層相、分離的薄層相及
混合膠團(tuán)。在研究分子量分別為1000~3000. 5000、12000的短、中長(zhǎng)、長(zhǎng)鏈PEG對(duì)脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),7%摩爾分?jǐn)?shù)以上的PEG( 1000-~3000)-二棕櫚酰磷脂酰乙醇胺(DPPE)和11%摩爾分?jǐn)?shù)的PEG(5000)-DPPE在二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)中有強(qiáng)烈的形成混合膠團(tuán)的趨勢(shì)。所有濃度的PEG(12000)-DPPE和大于8%摩爾分?jǐn)?shù)的PEG(5000)-DPPE則均形成分離的薄層相。表明低濃度的短鏈PEG可形成混溶的脂質(zhì)雙層,最適宜用作對(duì)藥物載體的修飾,而在濃度較高時(shí)易使脂質(zhì)雙層溶解而導(dǎo)致藥物泄露。高分子量的PEG可使脂質(zhì)體更穩(wěn)定,但分子量大于5000的PEG在某些處方中不適用,原因可能在于產(chǎn)生了相分離。

2.2 PEG含量
脂質(zhì)體的穩(wěn)定性隨PEG含量的增加而增加。Belsito等0發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體聚合物的穩(wěn)定性對(duì)親水性端基的大小和PEG-PE的含量有很強(qiáng)的依賴性,用自旋標(biāo)記的ESR對(duì)PC/PEG-PE混合物的定量研究發(fā)現(xiàn),脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)隨PEG-PE含量的改變而改變。隨PEG-磷脂濃度的增加,其抑制脂質(zhì)體凝聚程度也增大121。Chin 等

3發(fā)現(xiàn)結(jié)合15%摩爾分?jǐn)?shù)DSPE-PEG(2000)的磷脂酰絲氨酸(PS)脂質(zhì)體的循環(huán)時(shí)間與含有5%摩爾分?jǐn)?shù)DSPE-PEG(2000)的中性脂質(zhì)體循環(huán)時(shí)間明顯不同。前者可有效地降低PS脂質(zhì)體的親和力,減少PS介導(dǎo)的血漿蛋白粘附,大于80%的凝血素粘附和促凝血活性被抑制:當(dāng)含量下降時(shí)該保護(hù)作用降低。隨PEG-磷脂濃度的增加,粒子間斥力及脂質(zhì)體的體內(nèi)、外穩(wěn)定性也增大。

2.3 PEG-磷脂的類型
不同PEG聚合物的性質(zhì)及體內(nèi)外表現(xiàn)均不同。在37C、pH7.4 緩沖溶液中,PEG(5000)-DPPE和PEG(5000)-DSPE的臨界膠團(tuán)濃度分別為70和9mmo/L.當(dāng)這些PEG-磷脂的膠團(tuán)分散體與含有16或18個(gè)碳原子的磷脂膜囊泡混合后, PEG-磷脂膠團(tuán)分離成單體,然后自發(fā)結(jié)合到已形成的囊泡的表面。在結(jié)合過程中, PEG-DPPE的結(jié)合率比PEG-DSPE快,這是因?yàn)榍罢叻蛛x成單體的速率較快。而PEG-DSPE的強(qiáng)疏水作用使其結(jié)合率常數(shù)比PEG-DPPE大。PEG-DSPE 和C。膜的組合為最佳的熱力學(xué)穩(wěn)定配對(duì)1141。Parr等1151研究表明DSPC、CH及單甲氧基聚乙二醇2000-琥珀酰-棕櫚酰油酰磷脂酰乙醇胺[MePEG(2000)-S-POPE] (50:45:5,摩爾比)組成的大單室脂質(zhì)體(LUVs)只能稍延長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間。而由DSPC、CH和MePEG(2000)-S-DSPE組成的LUVs在體內(nèi)卻極少發(fā)生PEG衍生化磷脂層的化學(xué)破壞,循環(huán)時(shí)間顯著延長(zhǎng)�？梢奃SPE較POPE與PEG (2000)結(jié)合的效果更優(yōu)。

2.4 PEG-磷脂脂質(zhì)體的粒徑
研究表明,用不同的PEG-磷脂可制備不同粒徑的脂質(zhì)微粒(多室、小單室、大單室脂質(zhì)體),穩(wěn)定性較好:半年后PEG-磷脂脂質(zhì)體在緩沖溶液中釋出的親水性標(biāo)記物小于5%,在血漿中tin長(zhǎng)達(dá)幾天16。Litzinger等171制備了>300nm、150~200nm 和<70nm的3種粒徑分布的PEG-磷脂質(zhì)脂體,并考察了在小鼠體內(nèi)的分布,結(jié)果表明,大粒徑和小粒徑的PEG-磷脂脂質(zhì)體分別在脾和肝中的濃度較高,中間粒徑的具有長(zhǎng)循環(huán)特性。小粒徑脂質(zhì)體長(zhǎng)循環(huán)減弱的原因直接與PEG-PE的活性有關(guān),而大粒徑脂質(zhì)體則可能是通過過濾機(jī)制被脾攝取。脂質(zhì)體在血中的穩(wěn)定性、清除率及生物分布情況都取決于其組成、粒徑及荷電情況，其中100~200nm粒徑范圍內(nèi)的脂質(zhì)體由于空間位阻的原因在血液中較穩(wěn)定[81。Unezaki等[91研究的溫度敏感型PEG-磷脂脂質(zhì)體,其最佳平均粒徑也在180~200nm范圍內(nèi).

3 PEG衍生化磷脂在新型脂質(zhì)體中的應(yīng)用
3.1pH敏感脂質(zhì)體
結(jié)合PEG-磷脂的脂質(zhì)體可制成低pH敏感的立體穩(wěn)定脂質(zhì)體。Guo等1201制備了對(duì)較低pH敏感的PEG結(jié)合物(POD)，在中性環(huán)境下能穩(wěn)定3h以上,但在pH5下lh內(nèi)就可能完全降解。含有10%POD和90%二油酰磷脂酰乙醇胺(DOPE)的脂質(zhì)體在中性緩沖液中能穩(wěn)定存在12h以上:然而當(dāng)該脂質(zhì)體處于溫和酸性條件(pH5.5)下時(shí),脂質(zhì)體很快聚集并在30min內(nèi)釋出大部分內(nèi)容物。因此可通過pH控制藥物靶向至弱酸性的生理環(huán)境
(如核內(nèi)體、固體瘤和炎性組織)釋放。

3.2陽(yáng)離子脂質(zhì)體
當(dāng)藥物的電性與脂質(zhì)體膜電性相反時(shí).藥物包封率高且穩(wěn)定。結(jié)合不同類型的PEG聚合物可制得中性、負(fù)電性、正電性脂質(zhì)體。如--種新型的結(jié)合陽(yáng)離子PEG-磷脂(CPL)的脂質(zhì)體2,能插入已形成的囊泡中并增強(qiáng)脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。對(duì)以4種端基上含有不同正電荷的CPL(分別為CPL~CPL)制得的陽(yáng)離子LUVs的膠束溶液的研究發(fā)現(xiàn),CPL插入LUVs外部小葉上的方式在某種程度上取決于溫度、時(shí)間、CPL/ 磷脂的比例和LUVs的結(jié)構(gòu),同時(shí)也與LUVs中的CPL種類有關(guān)。CPLs可使脂質(zhì)體與細(xì)胞的粘附增加3倍,而CPL可增加10倍。同時(shí),磷脂攝取的增加與總的表面電荷無(wú)關(guān),而與CPL末梢端基上增加的正電荷的密度有關(guān).

3.3免疫脂質(zhì)體
傳統(tǒng)的免疫脂質(zhì)體具有良好的靶向性,但在體內(nèi)易被清除。采用PEG-磷脂連接特異性抗體則可以達(dá)到長(zhǎng)循環(huán)的效果,但結(jié)合方式不同,脂質(zhì)體的靶向性也不同。Maruyama等121研究了傳統(tǒng)免疫脂質(zhì)體(A)、含PEG的免疫脂質(zhì)體(B)和含6%摩爾分?jǐn)?shù)DSPE-PEG-COOH的PC-CH(2: 1)新型免疫脂質(zhì)體(C)的靶向性。小鼠肺特異性免疫試驗(yàn)結(jié)果表明,由于PEG可減少RES的攝取而使B具有長(zhǎng)循環(huán)特征,但B的抗原.抗體結(jié)合僅為A的一半,這可能與PEG鏈的空間位阻阻礙了抗原-抗體的特異性結(jié)合有關(guān)。而C不僅具有長(zhǎng)循環(huán)特征,其抗原.抗體結(jié)合率約為A的1.3倍,表明免疫性抗體與PEG鏈的末端結(jié)合可以減少PEG鏈空間位阻對(duì)抗原.抗體結(jié)合的屏蔽作用。

4結(jié)語(yǔ)
PEG行生化磷脂對(duì)提高脂質(zhì)體穩(wěn)定性有眾多優(yōu)點(diǎn)，但新的PEG衍生化磷脂的結(jié)構(gòu)鑒定、毒性研究等費(fèi)時(shí)費(fèi)力,限制了它的廣泛應(yīng)用。已有研究表明PPA、PVP、ATTAn低聚體、聚-2-甲基聰唑啉(PMOZ)、聚.2-乙基唔唑啉(PEOZ)等與磷脂結(jié)合后顯示與PEG衍生化磷脂相似的體內(nèi)行為,可為尋找替代品提供新的方向23~-25。PEG衍生化磷脂脂質(zhì)體的良好穩(wěn)定性使其可用于其它藥物傳遞系統(tǒng),如利用PEG-磷脂脂質(zhì)體包裹造影劑,用于腎臟等器官的影像診斷:或制成噴霧劑,用于肺結(jié)核等肺部疾病的治療,以減少口服抗結(jié)核藥物的肝損害等。艾偉拓（上海）醫(yī)藥科技有限公司2007年至今，專注與脂質(zhì)體，脂肪乳為代表的注射劑領(lǐng)域，為您分享脂質(zhì)體與脂肪乳相關(guān)行業(yè)資訊。
參考文獻(xiàn):
1、 Kim IS,Choi HG,Choi HS,et al. Prolonged systemic deliveryof sureptokinase using liposome[]. Arch Pharm Res,1998,21(3): 248-252.
2、 Woodle MC .Storm G.Newman MS.et al Prolonged systemicdelivery of peptide drugs by long-circulating liposomes: ilus-tration with vasopressin in the Brattleboro rat[]. Pharm Res,
3、Lasic DD. Novel application of liposomes[J]. TrendsBiotechnol, 1998,16(7):307-321.
4、Needham D,Mclntosh TJ,L asic DD. Repulsive interactions and mechanical sability of polymer-grafted lipid membranes[J].Biochim Biophys Acta,1992,1108<1);: 40-48.
5、Torchili VP. Polymer coated long circulating microparticulate pharmaceuticals []. J Microencapsul, 1998,15(1): 1-19.
6、Belsito S.Bartucci R.Montesano G,et al. Molecular and mesoscopic properties of hydrophilie polymer-grafted phos-pholipids mixed with phosphatidylcholine in aqueousdispersion: interaction of dipalmitoyl N-poly (ethylene glycol) phosphatidylethanolamine with dipalmitoyIphos-phatidylcholine studied by spectrophotomery and spin-label electron spin resonance(J]. Biophys J.2000,78(3)1420- 1430.
7、Woodle MC,Lasic DD. Sterically stabilized liposomes[J].Biochim Biophys Acta, 199.,113(2): 171-199.
8、Blume G, Cevc G. Molecular mechanism of the lipid vesicle longevity in vivo[J]. Biochim Biophys Acta, 1993,1146(2): 157-168.
9、侯 新樸,張俊梅,魯先道. PEG修飾脂膜對(duì)延長(zhǎng)脂質(zhì)體在血內(nèi)循環(huán)時(shí)間的研究[J].藥學(xué)學(xué)報(bào), 1996.31(6):451-454.
10、Bedu-Addo FK,Tang P,Xu Y,et al Interaction of polyethylene glycol- phospholipid conjugates with cholesterol-phosphatidyl-choline mixturesterically stabilized liposome formulations[J].Pharmn Res, 1996,13(5): 718-724.
11、 Bedu-Addo FK.Tang P.Xu Yet al Efcts of polyethylene 8ly-col chain length and phospholipid acy chain composition on the interaction of polyethylene glycol-phospholipid conjugates with phospolipid: implications in liposomal drug delivery[J].Pharn Res, 1996.13(5): 710-717.
12、Mori A.Klibanov AL,Torchilin VPet al Influence of the steric barrier activity of amphipathic poly(ethyleneglycol) and gan-glioside GMI on the circulation time of liposomes and on the target binding of immunoliposomes in vivo[J] FEBS Lett, 1991,
13、Chiu GN,Bally MB,Mayer LD. Selective protein interactins with phosphatidylserine containing liposomes alter the steric stabilization properties of poly (ethylene glycol)[J]. Biochim Biophys Acta,2001,1510(1-2): 56-59.
14、Sou K.Endo Takcoka S,et al. Poly (ethylene glycol)-modifi-cation of the phospholipid vesicles by using the spontancous incorporation of poly (ethylene glyo)-lipid into the vesicles D Bioconjug Chem, 20011(3);) 372-379.
15、Par MJ,Ansell SM.Choi LS,et al Factors influencing the re-tention and chemical stability of poly(ethylene glycol)-lipid conjugates incorporated into large unilamellar vesicle[J].
16、Zeisig R,Eue L,Kosch M,et al. Preparation and properties of sterically stabilized hexadecylphosphocholine (miltefosine)-liposomes and influence of this modification on macrophage activation. Phase behavior and aggregate structure in mixtures of dioleoylphosphatidylethanolamine and poly (ethylene glycoD)-lipids[J]. Biochim Biophys Acta,1996.1283(2): 177-184.
17、Litzinger DC.Buiting AM,van Rooijen N,et al. Effect of lipo-some size on the circulation time and intraorgan distribution of amphipathic poly(ethylene glycol)-containing liposomnes[J].Biochim Biophys Acta, 1994,1190(1): 99-107.
18、Oku NNamba Y. Long .circulating liposomes([]. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst, 1994,11(4): 231-270.
19、Unezaki s,Manuyama K,Takahashi N.et al. Enhanced delivery and antitumor activity of doxorubicin using long-circulating thermosensitive liposomes containing amphipathic polyethyl-ene glycol in combination with local hyperthermia[J]. PharmRes, 1994,11(8): 1180-1185.
20、Guo X.Szoka FC Jt. Steric stabilization of fusogenic liposomes by a low-pH sensitive PEG-diortho ester-lipid conjugate[J].Bioconjug Chem. 2001.12(2): 291-300.
21、Fenske DB.Palmer LR.Chen T,et al Cationic poly(ethylene glycoD) lipids incorporated into pre pormed vesicles enhance binding and uptake to BHK cellJ]l. Biochim Biophys Acta,2001,1512(2): 259-272.
22、Maruyama K,Takizawa T,Yuda Tet al. Targetability of novel immunoliposomes modified with amphipathic poly(ethylene glycol)s conjugated at their distal terminals to monoclonal antibodies[]. Biochim Biophys Acta. 1995,1234(1); 74-80.
23、Ansell SM,Kojic LD.Hankins JS.et al. Applic ation of oligo-(14-amino-3.6.9.12- tetraoxateradecanoic acid) lipid conju-gates as steric barrier molecules in liposomal formulations[J].Biocorjug Chem.1999. 10(4): 653-666.
24、Torchilin VP.Shtilman MI,Trubetskoy VS.et al. Amphiphilic vinyl polymers effectively prolong liposome circulation time in vivo[J]. Biochim Biophys Acta, 1994,1195(1): 181-184.Woodle MC.Engbers CM,Zalipsky s. New amphipatic poly-
25、mer-lipid conjugates forming long. circulating reticuloendot-helial system evading liposomes([J]. Bioconjug Chem.1994,5(6): 493-496.
本文內(nèi)容分享自《聚乙二醇衍生化磷脂與脂質(zhì)體立體穩(wěn)定性》作者：丁勁松,楊敏,陳―瓊