五種常用藥物療法的優(yōu)勢和局限及三種藥物遞送策略盤點(diǎn)

藥物研發(fā)可謂是 “千呼萬喚始出來”，那么問題來了，好不容易獲得的 “寶貝” 藥物又該如何安全準(zhǔn)確地送往 “目的地” ？本期小 M 為你詳細(xì)解讀藥物遞送這波“大生意”！
 

藥物遞送是指將藥物化合物輸送至人體目標(biāo)部位或靶器官以實(shí)現(xiàn)所需治療效果。簡單來說，藥物遞送就好比如今熱火朝天的快遞行業(yè)，飽含科研心血的藥物化合物就是 “快遞” ，而最終的 “目的地” 則是人體目標(biāo)部位或靶器官。

藥物也和 “快遞” 一般，什么零食類、美妝類、電子產(chǎn)品類……種類不唯一。幾十年前，小分子藥物是主要的治療藥物，隨著時間的推移，新一代的治療方法，包括蛋白質(zhì)和肽、單克隆抗體 (mAb)、核酸和活細(xì)胞療法，提供了新的治療功能 (圖 1)[1]。

表 1. 五類常用藥物療法的優(yōu)勢及局限/挑戰(zhàn)^[1]。

 Tips：

(1) 活細(xì)胞是最新一代的療法。例如，多能干細(xì)胞可以恢復(fù)和治愈組織；重新編程的免疫細(xì)胞可以利用免疫系統(tǒng)進(jìn)行疫苗接種和癌癥治療；微生物可以與微生物組相互作用來調(diào)節(jié)粘膜免疫、代謝過程和慢性炎癥過程。

(2) 活細(xì)胞也可以被改造。如 2017 年獲得臨床批準(zhǔn)的嵌合抗原受體（CAR）T 細(xì)胞，是針對特定癌癥相關(guān)抗原的基因工程細(xì)胞毒性 T 細(xì)胞。

當(dāng)然，各類治療藥物帶來新功能的同時也為藥物遞送帶來了新的挑戰(zhàn)，這也推動了藥物遞送策略的不斷發(fā)展。

“快遞” (藥物) 已準(zhǔn)備就緒，接下來就是加工！像易碎物品要加泡沫處理等等。藥物遞送要更復(fù)雜些，通常要運(yùn)用藥物制備、給藥途徑、位點(diǎn)靶向特異性、代謝和毒性的相關(guān)原理，優(yōu)化藥物療效和安全性，從而提高患者服藥的便利性和依從性[2]。

簡單來說，治療藥物的藥物遞送也需要加工處理，策略大致分為 3 種：藥物修飾，微環(huán)境修飾和藥物遞送系統(tǒng)。當(dāng)然，無論哪種策略都必須是在不影響安全性的情況下提高療效。

▐ 其一：藥物修飾

藥物修飾的目的是調(diào)節(jié)藥物與體內(nèi)分子、細(xì)胞和組織之間以及藥物與其靶位點(diǎn)之間的相互作用，從而可以對藥物在體內(nèi)的輸送進(jìn)行一定程度的把控，以實(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能。藥物修飾可用于改善所有類別治療的遞送。

藥物的修飾包括: (1) 對其結(jié)構(gòu) (例如官能團(tuán)、氨基酸或核酸骨架) 的化學(xué)改變; (2) 與已知部分或靶向配體的綴合 (圖 1)[1]。 

• 對小分子來說，其理化性質(zhì)可通過引入已知分子實(shí)體或直接改變分子本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)而進(jìn)行調(diào)控，比如 Lidocaine 和 Fentanyl。
• 對于肽類和蛋白藥物，PEG 修飾可改善藥物循環(huán)時間和免疫原性，如長效制劑甘精胰島素 Lantus，德谷胰島素 Tresiba。其胰島素單體可緩慢釋放，從而模仿自然宿主介導(dǎo)的胰島素分泌，減少注射頻率和低血糖風(fēng)險(xiǎn)，并改善血糖控制。
• 抗體-藥物偶聯(lián)物 (ADC) 同樣得益于小分子和抗體藥物修飾技術(shù)的進(jìn)步，如 Brentuximab vedotin，ADC 通過結(jié)合單克隆抗體實(shí)現(xiàn)對靶抗原的特異性和高細(xì)胞毒性藥物的遞送 (圖 2)[3]。

圖 2. 抗體-藥物偶聯(lián)物 (ADC) 的一般作用機(jī)制^[3]。

(a) ADC 與靶細(xì)胞上的抗原結(jié)合。(b) 抗原-ADC 復(fù)合物通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用內(nèi)化，在大多數(shù)情況下，從早期內(nèi)體轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體。(c) 在溶酶體中，內(nèi)部環(huán)境可能使連接體或單抗骨架不穩(wěn)定，導(dǎo)致細(xì)胞毒性成分解離并在細(xì)胞質(zhì)中自由循環(huán)。當(dāng)前 ADC 的大多數(shù)細(xì)胞毒性成分要么與 DNA 的小凹槽結(jié)合并誘導(dǎo)鏈斷裂 (d)，要么與微管蛋白結(jié)合，導(dǎo)致微管斷裂 (e)。(f) 這兩個過程都會導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

 

• 核酸療法也受益于偶聯(lián)策略。例如 GalNAc-siRNA 偶聯(lián)物 Givosiran，是 FDA 批準(zhǔn)的基于 GalNAc-siRNA 技術(shù)的RNAi 治療劑。GalNAc 偶聯(lián)可增加 siRNA 靶器官積累和促進(jìn)其細(xì)胞攝取。Givosiran 靶向并降解肝臟 ALAS1 mRNA，減少 ALAS1 蛋白的產(chǎn)生，從而防止有毒的 δ-氨基乙酰丙酸和 PBG 的積累[4]。
• 對活細(xì)胞療法的修飾主要集中于: (1) 通過基因工程改變細(xì)胞功能; (2) 將細(xì)胞體外暴露于外部刺激以促進(jìn)表型分化或抗原呈遞給免疫細(xì)胞; (3) 通過偶聯(lián)藥物 (細(xì)胞搭便車) 修飾細(xì)胞表面以增強(qiáng)治療作用。例如，可利用自然細(xì)胞歸巢過程并使用活細(xì)胞作為主動遞送載體，將循環(huán)血細(xì)胞上的納米顆粒“背包”可以直接遞送至疾病部位[5][6]。

▐ 其二：微環(huán)境調(diào)控

微環(huán)境修飾是一種廣泛的藥物遞送策略，一方面微環(huán)境調(diào)節(jié)劑可通過改變局部 pH  值來增強(qiáng)小分子、生物制劑和核酸藥物在體液中的溶解度。

例如:  (1) 小分子藥物 Ciprofloxacin，與乳酸一起配制，通過 pH 調(diào)節(jié)來提高其溶解度; (2) 蛋白質(zhì)和多肽等需滲透增強(qiáng)劑、皮下分散增強(qiáng)劑和其他環(huán)境調(diào)節(jié)劑來促進(jìn)生物制劑的全身吸收; (3) 對于核酸藥物，使用 pH 調(diào)節(jié)劑并引入細(xì)胞穿透肽和陽離子脂質(zhì)來改善細(xì)胞內(nèi)攝取、內(nèi)體逃逸和細(xì)胞核靶向。 

 

另一方面微環(huán)境調(diào)節(jié)劑還可用于改變阻礙藥物的作用過程，提高其在患病組織中的療效。如使用改造的 pH 調(diào)節(jié)劑來抑制蛋白質(zhì)水解，提高蛋白質(zhì)和多肽在生理液體中的穩(wěn)定性。對于細(xì)胞療法，CAR T 細(xì)胞的早期臨床試驗(yàn)構(gòu)建了一種組成型信號細(xì)胞因子受體  C7R 與腫瘤定向嵌合抗原受體 (CAR) 共表達(dá)來來重建免疫抑制腫瘤微環(huán)境并支持 T 細(xì)胞擴(kuò)增[1][7][8]。

▐ 其三：藥物遞送系統(tǒng)

說到藥物遞送系統(tǒng)。大家腦海中想到的可能是納米脂質(zhì)顆粒、細(xì)胞外囊泡等等，且慢，這些是藥物載體。專業(yè)術(shù)語“藥物遞送系統(tǒng)”是指藥物制劑，例如片劑、膠囊、軟膏和溶液等[9]。

目前，大多制劑可隨時間控制藥物釋放，即控釋藥物遞送系統(tǒng) (以下所講藥物遞送均為可控釋)。這些系統(tǒng)包括基于四種控釋機(jī)制 (溶解、擴(kuò)散、滲透和離子交換) 的水凝膠和聚合物植入物，以及微粒和納米顆粒。藥物遞送系統(tǒng)的核心優(yōu)勢是物理保護(hù)藥物免受不良環(huán)境的影響。

 

圖 4. 藥物遞送系統(tǒng)演變示意圖^[1]。
 

對藥物及其微環(huán)境的修飾可以調(diào)整和優(yōu)化藥物的活性，藥物輸送系統(tǒng)則可以將藥物修飾和環(huán)境修飾進(jìn)行整合應(yīng)用(圖 5)[1]。
如圖 5 所示，以小分子藥物為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，加入乙醇作為滲透促進(jìn)劑制成的透皮貼劑 Duragesic (Fentanyl); 肽類藥物經(jīng)過 PEG 修飾并輔以滲透增強(qiáng)劑制成的口服 Rybelsus (Semaglutide)，可調(diào)節(jié)微環(huán)境以緩沖局部胃 pH 值或積極改善肽或蛋白質(zhì)的跨細(xì)胞吸收。
由抗體藥物 Trastuzumab和分散增強(qiáng)劑 Hyaluronidases 結(jié)合組成的皮下注射劑 Herceptin Hylecta ，使用透明質(zhì)酸酶遞送人源化抗體 Trastuzumab，通過透明質(zhì)酸降解促進(jìn)其在皮下空間的增強(qiáng)分散，從而允許更大的注射體積和隨后的全身吸收。

 

圖 5. 整合藥物修飾和環(huán)境修飾的藥物遞送系統(tǒng)^[1]。
 

 

當(dāng)然藥物遞送離不開藥物遞送載體，靜脈注射藥物 Onpattro 即通過脂質(zhì)納米顆粒 (LNP) 系統(tǒng)內(nèi)體逃逸，促進(jìn)化學(xué)修飾的 RNA 藥物在靜脈給藥后進(jìn)入靶細(xì)胞 (肝細(xì)胞) 的細(xì)胞質(zhì)。

此外，以新興的活細(xì)胞療法為基礎(chǔ)制成的 SIG-001 緩沖懸浮液，采用表達(dá) hFVIII 的基因工程化上皮細(xì)胞，并經(jīng) Afibromer 基質(zhì)封裝為膠囊球，通過微創(chuàng)的腹腔鏡手術(shù)植入腹部進(jìn)行治療[10][11]。


 藥物遞送載體：
目前常用的藥物遞送載體有人工載體和天然載體。
(1) 人工載體：例如脂質(zhì)體、聚合物載體、膠束和其他納米顆粒，能夠進(jìn)行多樣化的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。其可通過添加表面修飾 (包含親水聚合物、靶向部分等)、包含刺激響應(yīng)功能 (例如酶、pH、近紅外光或磁響應(yīng)) 來控制，或?qū)ζ湮锢韰��?shù) (例如尺寸、形狀) 進(jìn)行修改。
(2) 天然載體：例如細(xì)胞外囊泡 (包括外泌體、胞外體、微泡、膜囊泡和凋亡小體等)、病毒載體、還有常見的細(xì)胞藥物遞送載體如紅細(xì)胞、免疫細(xì)胞、干細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等[12]。
 

本期小 M 為大家介紹了常見的五種治療藥物，以及三種藥物遞送策略，順帶為大家簡單介紹了藥物傳遞系統(tǒng)中的常用遞送載體。種種策略，目的都是為了更好地實(shí)現(xiàn)藥物分子遞送。小 M 提醒大家做實(shí)驗(yàn)前，要充分調(diào)研文獻(xiàn)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選擇最適合自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路！

DOPE-GA DOPE-GA 可用于制備脂質(zhì)體，用于藥物遞送的研究。

eGFP mRNA-LNP eGFP mRNA-LNP 是一種包含 eGFP mRNA 的脂質(zhì)納米粒 (LNP)，適用于 RNA 傳遞、翻譯效率、細(xì)胞活力等檢測。

BCN-exo-PEG2-maleimide BCN-exo-PEG2-maleimide 是含有 2 個 PEG 單元的 ADC Linker。其馬來酰亞胺基團(tuán) (-Maleimide) 在水介質(zhì)中會發(fā)生降解，并在藥物遞送研究中得到應(yīng)用。

DOBAQ DOBAQ 是一種陽離子脂質(zhì)，是一種對 pH 值敏感的脂質(zhì)。DOBAQ 可用于脂質(zhì)體應(yīng)用于藥物遞送。

DOPE-NHS DOPE-NHS 是一個連接子。DOPE-NHS 可用于將多肽與外泌體或者可能的其他基于膜的納米顆粒結(jié)合。DOPE-NHS 可用于藥物遞送。

HP-β-CD HP-β-CD ((2-Hydroxypropyl)-β-cyclodextrin) 是廣泛使用的藥物遞送載體，可提高穩(wěn)定性和利用度。

 

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參考文獻(xiàn)：
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[12] Herrmann IK, et al. Fuhrmann G. Extracellular vesicles as a next-generation drug delivery platform. Nat Nanotechnol. 2021 Jul;16(7):748-759.