Nat Rev | 细胞膜包覆纳米颗粒药物靶向肿瘤
原创 风不止步 图灵基因 2022-11-09 15:07 发表于江苏
收录于合集#前沿分子生物学技术
撰文：风不止步
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亮点：
1.细胞膜包裹的纳米颗粒（CNPs）是一类新兴的纳米载体，其本身具有多功能性，结合了合成纳米颗粒核心的特性和细胞膜的生物界面特性。
2.所利用的膜的类型通常反映在所产生的CNP的生物特性上，这些特性可以通过各种工程方法进一步微调或增强。
3.CNP技术有可能被应用于肿瘤学的几个治疗领域，包括药物输送、光疗和免疫治疗。
4.目前正在努力将有前景的CNPs转化为获准的疗法，并需要开发大规模的生产方法和新的检测方法，以促进CNPs的临床应用。
2022年10月28日，美国加州大学的张良芳教授等人在《 Nature Reviews Clinical Oncology》上发表了一篇“Targeting drugs to tumours using cell membrane-coated nanoparticles”的文章，文章描述了CNPs在治疗癌症方面的发展。详细介绍CNPs在抗癌药物输送、光疗和免疫疗法中的应用，讨论了CNP平台未来转化为临床的考虑因素。
许多癌症疗法的特点是狭窄的治疗窗口，需要在抗肿瘤活性和病人安全之间取得谨慎的平衡，这往往使癌细胞产生抗药性。长期以来，研究人员试图利用各种策略来克服这一关键挑战。在这些策略中，纳米医学具有重要的作用，并促成有效治疗药物制剂的发展。与未经修饰的同类药物相比，纳米制剂可以通过被动或主动的靶向机制更有针对性地进入肿瘤。纳米载体还可以被用来提高药物的生物利用度，否则临床疗效有限。脂质体多柔比星于1995年首次被美国FDA批准用于临床，目前仍被用作某些癌症患者的一线治疗。有相当数量的临床批准的纳米制剂，如纳布-紫杉醇和脂质体阿糖胞苷-多柔比星，还有许多其他制剂正在临床试验中积极研究。
尽管在过去的几十年里，生物医学纳米技术在肿瘤学应用方面不断发展，但在几个重要领域还可以进一步改进。为了避免被免疫系统发现和清除，许多纳米载体现在包括一个由聚乙二醇（PEG）组成的 "隐形涂层"。事实证明，这种PEG化可以有效延长大多数纳米粒子的血浆半衰期，可延长至少几个小时，尽管可以激发机体产生针对聚合物的抗体。这种获得性免疫可导致多次给药后加速清除，从而导致性能随着时间的推移而降低。
第一代纳米载体，如脂质体多柔比星，完全依赖于通过增强渗透和保留（EPR）效应的被动靶向；然而，此后大量的研究工作集中在使用主动靶向分子来提高肿瘤的特异性。这种方法需要对特定的靶向配体进行鉴定、表征和生产，这可能需要投入大量的时间和其他资源。此外，使用传统方法对纳米载体进行修饰，随着功能水平的提高而变得极其难以控制，从而使这种平台的临床转化特别具有挑战性。
图1：传统的合成纳米载体与细胞膜包裹的纳米颗粒。
由于这些挑战，人们对开发基于纳米粒子的新平台产生了相当大的研究兴趣。细胞膜包裹的纳米颗粒（CNPs）是一类新兴的纳米载体，已显示出相当大的潜力（图1）。这种类型的纳米粒子通常是通过用一层自然衍生的细胞膜来伪装合成核心，从而形成具有模仿细胞特性的核心-外壳纳米结构。这些仿生纳米粒子和细胞膜衍生平台擅长与生物基质相互作用，或者说是生物界面，从而使它们能够通过避免免疫清除和专门在疾病部位聚集而在复杂的生物环境中穿梭。细胞膜涂层提供一种有效的自上而下的纳米粒子功能化策略，从而有可能简化具有理想特性的纳米载体平台的开发，可以为广泛的应用定制。
图2:细胞膜包裹的纳米粒子的制造。
CNP技术概述
一个CNP通常由两个关键部分组成：一个合成核心和一个自然衍生的细胞膜外层（图2）。这种混合设计使CNPs能够利用每个组成部分的优势。核心作为一种基质，抗癌有效载荷可以被纳入其中，或者可以被调整为免疫刺激或光刺激功能。某些纳米材料也可以利用其环境反应性或内体逃逸特性。同时，细胞膜层使CNPs在体内给药后能与周围的蛋白质、细胞和其他生物底物有效地相互作用。
与合成的PEG涂层相比，细胞膜可以加入各种细胞表面蛋白，赋予纳米粒子某些特性，如避免免疫系统排斥的能力。CNPs通常表现出与它们的膜来源的细胞相同的倾向性；根据膜涂层的类型，纳米粒子也可以作为有效的抗原来源，或为免疫治疗应用呈现免疫刺激信号。在一份描述CNP技术使用的早期报告中，红细胞（RBC）膜被用来掩盖聚乳酸（PLGA）纳米粒子核心。在这项初步的概念验证研究之后，CNP平台已经被开发出来，使用来自各种不同类型细胞的细胞膜来使各种合成纳米材料功能化。
这篇评论详细介绍CNPs在肿瘤学中的发展和应用。CNP技术利用细胞膜独特的生物界面功能，作为增强传统纳米粒子平台性能的一种手段。细胞膜涂层的类型决定了CNP的功能，并且可以根据所需的应用选择特定的源细胞。细胞膜也可以使用各种工程方法进行修改，从而提供额外的灵活性来创建定制的配方。在癌症治疗方面，用于药物输送、光疗和免疫治疗的CNPs已经在临床前模型中得到了广泛的研究。
进一步努力阐明CNP在生物环境中性能的具体特征的相关性，将使研究人员能够有目的地设计出具有更高效力的新平台。同样，对决定膜涂层过程的生物物理学的进一步理解，将利于产生更好的制造方法，对CNP的性能进行更严格的控制。为了更好地促进CNP临床转化，简单而优雅的平台将受到重视，这些平台可以很容易地适用于简化的大规模生产。对CNP技术的持续研究将导致更有效的癌症治疗和改善病人护理。
教授介绍
张良芳博士
工作主要是设计、合成、表征和评估基于脂质和聚合物的纳米结构生物材料。开发用于医疗保健和其他医疗应用的纳米材料，例如，药物输送以改善或实现人类疾病的治疗。寻求了解纳米医学领域的基础科学。总体而言，研究涵盖了广泛的多学科领域，包括化学与分子工程、材料科学、化学、纳米技术、生物技术和医学。
三个具体课题：(1)开发多功能脂质-聚合物混合纳米颗粒，作为一个强大的药物递送平台，结合脂质体和聚合物纳米颗粒的优点；(2)同时向同一癌细胞递送具有不同疏水性的多种药物进行联合治疗；(3)了解具有不同特征的单个纳米颗粒如何与生物膜相互作用，特别是了解细胞内吞作用和治疗性纳米颗粒的内体逃逸。
参考文献
Ronnie H. Fang , Weiwei Gao, Liangfang Zhang. Targeting drugs to tumours using cell membrane-coated nanoparticles.(2022)