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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2022-08-16 22:48
摘要：生物大分子藥物已成為21世紀(jì)藥物研發(fā)中最具發(fā)展前景的領(lǐng)域之一，在重大疾病治療中已取得重大進(jìn)展，但在體內(nèi)遞送方面仍然存在諸多亟待解決的難題和障礙。近年來(lái)，通過(guò)研制各種生物大分子藥物新劑型，在解決上述問(wèn)題方面取得了一定進(jìn)展，但臨床使用使用效果仍不能令人滿意。鑒于生物大分子藥物的重要性及對(duì)國(guó)家整體醫(yī)藥發(fā)展的帶動(dòng)性，生物大分子藥物體內(nèi)高效傳遞系統(tǒng)的構(gòu)建研究對(duì)于解決生物大分子藥物目前存在的瓶頸問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。構(gòu)建多功能性與協(xié)同作用的生物大分子藥物高效遞送系統(tǒng)將是今后生物大分子藥物發(fā)展的重要方向。
關(guān)鍵詞：生物大分子藥物 體內(nèi)遞送系統(tǒng) 高效化
一、生物大分子藥物高效遞送系統(tǒng)研究的重要意義
生物大分子藥物包括蛋白質(zhì)、多肽、抗體、疫苗、核酸等，多用于治療腫瘤、心腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、免疫性疾病、肝炎等重大疾病。生物大分子藥物以其作用的高度專屬性，在治療上述重大疾病中具有明顯優(yōu)勢(shì),己被全球公認(rèn)是21世紀(jì)藥物研發(fā)中最具前景的高端領(lǐng)域之一。根據(jù) Chemical & Engineering News統(tǒng)計(jì)，從1870年至今，全球最重要的46 種藥物中，生物大分子藥物占據(jù)了7 種，排名第一的Humira（修美樂(lè)，阿達(dá)木單抗）2013年銷售額達(dá)106.59億美元。鑒于此，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家均把生物大分子藥物列為當(dāng)代藥物研發(fā)的前沿，致力于加快生物大分子藥物的發(fā)展。2012年，美國(guó)FDA批準(zhǔn)的37個(gè)新藥中，生物大分子藥物有14個(gè)，為近10年之最。
圖1. 1995年-2013年FDA批準(zhǔn)的生物大分子藥物
盡管生物大分子藥物的重要性日益顯現(xiàn)，但在生物大分子藥物的應(yīng)用方面仍然存在諸多亟待解決的難題和障礙，如體內(nèi)外穩(wěn)定性差，分離純化困難，免疫原性強(qiáng)，存在多晶型、多構(gòu)象的復(fù)雜形態(tài)，難以有效跨越體內(nèi)生物屏障等問(wèn)題。這些問(wèn)題導(dǎo)致生物大分子藥物難以充分發(fā)揮療效，生物利用度低，且容易引起免疫應(yīng)激反應(yīng)。此外，由于其給藥途徑通常為靜脈或肌內(nèi)注射，頻繁的注射給藥使得患者依從性較差，導(dǎo)致療效下降甚至治療中斷。如何提高生物大分子藥物的生物利用度，最大程度地保留其生物活性、降低其免疫原性并將其傳遞至靶部位及靶細(xì)胞，是實(shí)現(xiàn)生物大分子藥物高效化傳遞亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。
自21世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)都非常重視生物大分子藥物生產(chǎn)技術(shù)、質(zhì)量等多方面的研究，試圖從生產(chǎn)、質(zhì)量控制等方面入手解決其生物利用度低和相關(guān)毒副作用等問(wèn)題。至2001年以來(lái)，美國(guó)NIH共資助生物大分子藥物研究領(lǐng)域課題1174項(xiàng)，資助項(xiàng)目數(shù)和經(jīng)費(fèi)數(shù)逐年增加。主要由美國(guó)國(guó)家過(guò)敏與傳染疾病研究所（NIAID）、國(guó)家癌癥研究所（NCI）等著名研究機(jī)構(gòu)主持。其中，美國(guó)NIAID被資助了近150項(xiàng)生物大分子藥物制劑研究領(lǐng)域的課題，總資助經(jīng)費(fèi)近1億美元。然而從全球范圍來(lái)看，生物大分子藥物體內(nèi)高效輸送方面的研究尚屬起步階段，因此，當(dāng)前是我國(guó)爭(zhēng)取在這一研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國(guó)際同步甚至領(lǐng)先的最佳契機(jī)。
我國(guó)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》已將“蛋白質(zhì)藥物”列入第四項(xiàng)“重大科學(xué)研究計(jì)劃”中；將“釋藥系統(tǒng)創(chuàng)制關(guān)鍵技術(shù)”列入重點(diǎn)領(lǐng)域中的第八項(xiàng)“人口與健康”的發(fā)展思路中，并將生物大分子藥物防治的心腦血管病、腫瘤等疾病列入“重大非傳染疾病的防治”中。國(guó)家自然科學(xué)基金委（NSFC）多個(gè)科學(xué)部如醫(yī)學(xué)、生命、化學(xué)、工程與材料科學(xué)部等均在生物大分子藥物研究領(lǐng)域給予了大量資助。其中，僅醫(yī)學(xué)科學(xué)部藥劑學(xué)（申報(bào)學(xué)科代碼：H3008）分支學(xué)科下2010年度資助的涉及生物大分子藥物遞送系統(tǒng)研究的項(xiàng)目數(shù)為16項(xiàng)，資助經(jīng)費(fèi)587萬(wàn)元；2011年度資助18項(xiàng)，資助經(jīng)費(fèi)780萬(wàn)元；2012年度資助17項(xiàng)，資助經(jīng)費(fèi)850萬(wàn)元；2013年度資助20項(xiàng)，資助經(jīng)費(fèi)824萬(wàn)元。
目前生物大分子藥物體內(nèi)高效遞送系統(tǒng)基礎(chǔ)或應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果還主要體現(xiàn)在發(fā)表的高質(zhì)量學(xué)術(shù)研究論文上。利用美國(guó)湯森路透科技信息集團(tuán)的Web of Knowledge檢索平臺(tái)，檢索到Article、Review及Proceedings Paper 3種類型的生物大分子藥物（包括蛋白質(zhì)及多肽類、抗體、疫苗等）體內(nèi)高效傳遞系統(tǒng)的SCI論文高達(dá)18303篇。總被引頻次為297277，篇均被引頻次為27.12。
鑒于此，國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部、工信部、衛(wèi)生部于2012年3月聯(lián)合組織實(shí)施了“蛋白類生物藥和疫苗發(fā)展”專項(xiàng)，側(cè)重于相關(guān)產(chǎn)品的基礎(chǔ)性研究和開發(fā)，旨在突破我國(guó)蛋白和疫苗藥物生產(chǎn)技術(shù)瓶頸，以實(shí)現(xiàn)一批重大新藥的產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)一批新到期專利藥的自主生產(chǎn)，并將之推向國(guó)際市場(chǎng)。但是，這一專項(xiàng)項(xiàng)目多集中在解決生物大分子藥物原創(chuàng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)、質(zhì)量控制等問(wèn)題上，對(duì)于生物大分子藥物在體內(nèi)的遞送過(guò)程、機(jī)制和高效化問(wèn)題關(guān)注并不夠。
為了實(shí)現(xiàn)生物大分子藥物高效化遞送，世界范圍內(nèi)的藥物傳遞研究工作者也做了大量的努力。比如，通過(guò)化學(xué)交聯(lián)使生物大分子藥物（蛋白質(zhì)和多肽）實(shí)現(xiàn)PEG化是早期比較成功的手段之一。通過(guò)PEG化，可以顯著增強(qiáng)蛋白多肽類藥物的體內(nèi)滯留時(shí)間，延長(zhǎng)半衰期，甚至實(shí)現(xiàn)被動(dòng)靶向的作用。目前，已有多個(gè)PEG化的蛋白質(zhì)藥物上市，如Enzon公司開發(fā)的用于治療急性淋巴細(xì)胞白血病的PEG化天門冬酰胺酶（Oncaspar®）和羅氏公司開發(fā)的PEG化干擾素α-2a(Pegasys®)等。我國(guó)目前也有石藥集團(tuán)的PEG化的重組人粒細(xì)胞刺激因子和長(zhǎng)春金賽藥業(yè)的PEG化的重組人生長(zhǎng)激素注射液上市。除PEG化外，將蛋白質(zhì)或多肽類藥物制備成PLGA微球也取得了較好的效果，已經(jīng)上市PLGA微球制劑包括Genentech公司的人源生長(zhǎng)因子（Nutropin Depot）和諾華公司的醋酸奧曲肽（Sandostatin® LAR）等。除已上市的劑型外，藥學(xué)工作者正致力于針對(duì)生物大分子藥物的其他劑型的研究，以期能研發(fā)出靶向性強(qiáng)、副作用小、生物利用度高的生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)。微粒類傳遞系統(tǒng)，如微球、脂質(zhì)體、膠束、固體脂質(zhì)納米粒、微乳等，能夠顯著延長(zhǎng)生物大分子藥物的半衰期，提高其靶向性，同時(shí)降低其免疫原性，極大地提高了蛋白藥物和核酸藥物的療效。如使用氨基酸聚合物作為蛋白質(zhì)藥物載體能起到緩釋作用，目前已有以氨基酸聚合物為載體的胰島素和干擾素（IFN α-2b）等制劑進(jìn)入臨床試驗(yàn)。將PEG和微粒類載體相結(jié)合而制得的新型傳遞系統(tǒng)也被用于蛋白和多肽類藥物的傳遞，如PEG化的脂質(zhì)體、納米粒等。此外，尋求生物大分子藥物的非注射給藥方式一直是藥劑學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，涉及的給藥途徑包括口服、肺部、鼻腔、直腸、陰道、眼內(nèi)、透皮等。
以上這些新劑型的研制，對(duì)于延長(zhǎng)生物大分子（主要是蛋白、多肽類及核酸類藥物）的半衰期，增加其穩(wěn)定性，提高對(duì)細(xì)胞膜的穿透能力，降低免疫原性等方面取得了巨大的進(jìn)步。然而，必須指出的是，盡管臨床前研究取得了一定成果，但進(jìn)入臨床試驗(yàn)后，這些新型載體的效果仍不盡如人意，能夠上市的生物大分子藥物種類偏少。以PLGA微球?yàn)槔?，由于PLGA載體穩(wěn)定性不夠，導(dǎo)致載有蛋白質(zhì)藥物的PLGA微球在存儲(chǔ)或體內(nèi)釋放時(shí)存在穩(wěn)定性問(wèn)題[2]。
大量研究表明，生物大分子在體內(nèi)的遞送是一個(gè)系統(tǒng)性級(jí)聯(lián)過(guò)程，主要難點(diǎn)在于：①生物大分子藥物對(duì)空間構(gòu)型要求高，制備過(guò)程及體內(nèi)傳遞過(guò)程中需要保證其活性和穩(wěn)定性；②發(fā)揮局部作用的生物大分子藥物需要靶向傳遞至作用部位（如腫瘤等）以發(fā)揮作用；③生物大分子藥物難以穿越人體內(nèi)存在的各個(gè)生理屏障，如胃腸道屏障、血腦屏障、肺氣血屏障、血胰屏障，以及細(xì)胞膜甚至核膜屏障等；④絕大多數(shù)生物大分子藥物進(jìn)入細(xì)胞后需要經(jīng)過(guò)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和胞內(nèi)釋放才能發(fā)揮作用[3]。要實(shí)現(xiàn)生物大分子的高效傳遞，必須同時(shí)克服以上四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的屏障，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失都會(huì)造成整體策略的失敗或藥效的降低，而目前上市或處于臨床研究的生物大分子傳遞系統(tǒng)僅僅關(guān)注了以上問(wèn)題中的一個(gè)或兩個(gè)，而難以同時(shí)克服上述多重生物屏障。
因此，鑒于生物大分子藥物的重要性及對(duì)國(guó)家整體醫(yī)藥發(fā)展的帶動(dòng)性，針對(duì)生物大分子藥物目前研究和應(yīng)用方面存在的瓶頸問(wèn)題，生物大分子藥物體內(nèi)高效遞送系統(tǒng)的構(gòu)建研究具有重要的科學(xué)意義。
二、生物大分子藥物遞送系統(tǒng)的研究進(jìn)展和熱點(diǎn)問(wèn)題
生物大分子藥物體內(nèi)高效遞送需要涉及到活性保持、靶向傳遞、入胞行為、細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)等過(guò)程。要實(shí)現(xiàn)生物大分子的體內(nèi)高效傳遞，必須同時(shí)克服以上四個(gè)相互關(guān)聯(lián)過(guò)程中的生物屏障。
（一）生物大分子藥物的生物活性保持
蛋白質(zhì)藥物具有高級(jí)結(jié)構(gòu)，包括二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。一方面，這些結(jié)構(gòu)特性決定了蛋白質(zhì)藥物的空間構(gòu)型以及功能和活性。另一方面，藥物分子形態(tài)學(xué)的同質(zhì)多晶行為比較突出，不同的晶型對(duì)于蛋白質(zhì)藥物的生物利用度、治療效果及藥物遞送系統(tǒng)的選擇有著重要影響。目前在使用載體傳遞藥物的過(guò)程中，由于復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，生物大分子很可能受環(huán)境或載體材料的影響而喪失其活性，或者難以完全從載體中釋放出來(lái)。因此，為維持最佳的結(jié)晶形態(tài)和最好的生物活性，創(chuàng)新生物大分子藥物高效化的過(guò)程，既要注重遞送系統(tǒng)的構(gòu)建與功能化，又必須充分考慮到蛋白質(zhì)藥物本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及在分離純化時(shí)蛋白質(zhì)活性的保留和恢復(fù)[4]。有國(guó)內(nèi)研究者通過(guò)改進(jìn)優(yōu)化制備工藝或合成特殊的載體材料（如PEG-PCL和DEX-PCL），已在保護(hù)生物大分子藥物天然構(gòu)象與活性方面取得了一定成果。比如，為避免蛋白質(zhì)藥物在制備時(shí)因與水油界面或水氣界面等直接接觸而失活，利用冷凍共析出法制備了由葡聚糖包裹的蛋白質(zhì)微球(1-4μm)，該微球在經(jīng)過(guò)渦旋、離心及高溫處理后仍能保持很好的天然活性[5]。
除維持蛋白質(zhì)藥物生物活性外，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)藥物進(jìn)入體內(nèi)后，還面臨著另一個(gè)挑戰(zhàn)——酶對(duì)蛋白質(zhì)藥物的破壞，這將影響到蛋白質(zhì)藥物在體內(nèi)的分布和生物活性。很多研究表明，運(yùn)用制劑的方法可以增加蛋白質(zhì)藥物在運(yùn)輸和體內(nèi)的穩(wěn)定性。如將蛋白質(zhì)包載于PLGA微球中可以提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，而且顯示出了一定的緩釋效果[6]。因此，如何在蛋白質(zhì)制成制劑的過(guò)程中既不影響其生物活性又避免有機(jī)溶劑和劇烈條件的使用，是蛋白質(zhì)藥物高效化需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。
除蛋白質(zhì)藥物外，另一類生物大分子藥物，反義核酸和小干擾RNA（siRNA）已經(jīng)成為兩種調(diào)控基因表達(dá)的重要工具。然而，天然的核苷酸在體內(nèi)外極易受到核酸酶的降解。目前，已有科研團(tuán)隊(duì)將siRNA包載于白蛋白納米粒中，有效防止了siRNA的降解，增強(qiáng)了其體內(nèi)穩(wěn)定性。
現(xiàn)階段，對(duì)于生物大分子藥物，包括蛋白質(zhì)藥物和核酸藥物的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其與生物活性、藥物穩(wěn)定性的相互關(guān)系等研究尚不夠充分，需要深化研究。
（二）生物大分子藥物的靶向遞送
生物大分子藥物除了克服體內(nèi)存在的各種蛋白酶、核酸酶的降解作用，還需要克服各種屏障，才能到達(dá)作用部位，如針對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物必須穿過(guò)血腦屏障才能起效。藥物遞送系統(tǒng)可以改變藥物原有的體內(nèi)分布和藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向傳遞。比如，脂質(zhì)體、納米粒等一些常用的藥物遞送系統(tǒng)，通過(guò)化學(xué)修飾接上配體，與靶標(biāo)部位高表達(dá)的某些受體結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)藥物在靶標(biāo)部位的富集。有學(xué)者合成了一系列具有雙季胺結(jié)構(gòu)的膽堿衍生物，實(shí)驗(yàn)表明該系列化合物均與血腦屏障膽堿受體有很好的親和力。將這些膽堿衍生物修飾聚賴氨酸樹突狀載體用于基因傳遞，可顯著提高該外源基因透過(guò)血腦屏障的能力，增加在腦組織的攝取和表達(dá)。另外，用轉(zhuǎn)鐵蛋白、乳鐵蛋白等作為配體修飾載體，也能使生物大分子藥物實(shí)現(xiàn)腦靶向的目的。由聚氰基丙烯酸丁酯制得的聚合物納米粒已被證明可以傳遞肽類藥物穿過(guò)血腦屏障，提高作用部位的藥物濃度[7]。另一方面，針對(duì)某些病灶部位的特殊微環(huán)境，國(guó)內(nèi)學(xué)者也設(shè)計(jì)出許多精巧的靶向系統(tǒng)。利用腫瘤組織微環(huán)境的基質(zhì)金屬蛋白酶（MPP）過(guò)度表達(dá)的特點(diǎn)，有學(xué)者設(shè)計(jì)出經(jīng)MMP酶促發(fā)釋放式的載體系統(tǒng)。經(jīng)酶促式斷裂的長(zhǎng)鏈PEG修飾后的載體，能顯著增強(qiáng)載體的腫瘤靶向性。類似的研究還有利用pH敏感的腙鍵連接載體和屏蔽性材料。當(dāng)該載體到達(dá)腫瘤部位時(shí)，由于腫瘤部位微環(huán)境pH值下降，使得腙鍵斷裂，屏蔽性材料脫離載體暴露出靶向配體，從而促進(jìn)藥物載體進(jìn)入腫瘤細(xì)胞[8]。
盡管現(xiàn)有的遞送系統(tǒng)對(duì)生物大分子的生物利用度有所提高，但效果仍然不明顯，導(dǎo)致臨床療效不夠顯著。因此，深入研究生物大分子藥物穿過(guò)生物屏障的機(jī)制，使其能夠跨過(guò)生物屏障，高效傳遞到作用位點(diǎn)。
（三）生物大分子藥物的入胞行為
生物大分子藥物被靶部位的細(xì)胞攝取，是這類藥物發(fā)揮藥效的前提。一般說(shuō)來(lái)，微粒類載體是通過(guò)胞吞作用被攝取入胞的，因此，傳遞系統(tǒng)的形狀、粒徑以及表面電荷將直接影響生物大分子藥物的入胞行為。通過(guò)對(duì)載體進(jìn)行修飾，可以大大提高蛋白多肽類藥物進(jìn)入細(xì)胞的效率。比如，有學(xué)者通過(guò)連接鍵交聯(lián)低分子量陽(yáng)離子材料聚乙烯亞胺（PEI）包載DNA藥物，結(jié)果表明，該材料既能降低原高分子量PEI的毒性，同時(shí)也能提高DNA被鼠原代滑膜細(xì)胞的攝取效率。激光共聚焦實(shí)驗(yàn)顯示，細(xì)胞對(duì)該材料制備的載體的攝取十分迅速。此外，為了提高蛋白多肽類大分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的能力，還可將細(xì)胞穿膜肽（CPP）如TAT、R8等與載體連接，以促進(jìn)生物大分子進(jìn)入細(xì)胞的能力。另一種提高生物大分子藥物細(xì)胞攝取的策略是利用配體和細(xì)胞上的受體特異性結(jié)合而提高載體進(jìn)入細(xì)胞的能力。有國(guó)內(nèi)學(xué)者將皮啡肽做為配體修飾PEG化的多聚賴氨酸樹突狀載體用于小發(fā)夾RNA（shRNA）的輸送，結(jié)果表明，皮啡肽修飾后的載體在腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的攝取顯著提高。通過(guò)對(duì)攝取機(jī)制的考察，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用是攝取的主要方式，而且在加入皮啡肽的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑后，可顯著降低其攝取。它充分說(shuō)明該種攝取機(jī)制依賴于皮啡肽與細(xì)胞上受體間的相互作用[9]。還有研究者用小腸杯狀細(xì)胞的靶向肽CSKSSDYQC對(duì)三甲基殼聚糖進(jìn)行修飾，制備成包載胰島素的納米粒，靶向肽修飾的納米粒顯著增加了胰島素在上皮細(xì)胞的跨膜吸收[10]。另一方面，對(duì)于siRNA和反義寡核苷酸等核酸藥物，由于細(xì)胞攝取效率極低，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。針對(duì)這一問(wèn)題，已有脂質(zhì)微?；騊EG化的環(huán)糊精衍生物包裹的siRNA制劑進(jìn)入臨床研究，以期能夠提高細(xì)胞傳遞效率。然而，如何在生物大分子藥物傳遞過(guò)程中降低毒性并提高入胞效率，是生物大分子藥物高效化遞送研究的重要方向。現(xiàn)有的載體入胞效率仍不理想，需要突破瓶頸，進(jìn)一步闡明機(jī)制。
（四）生物大分子藥物的胞內(nèi)釋放
蛋白質(zhì)類藥物進(jìn)入細(xì)胞后，需要及時(shí)從溶酶體中釋放出來(lái)以發(fā)揮藥效。對(duì)于DNA等核酸類藥物，更是需要進(jìn)入細(xì)胞核才能起作用。因此，除了載體的穿膜性質(zhì)外，其溶酶體逃逸能力對(duì)于藥物的胞內(nèi)釋放更為重要。借助溶酶體中pH偏低這一性質(zhì)制得的pH敏感材料能夠增強(qiáng)核酸類藥物的溶酶體逃逸能力，如通過(guò)二硫鍵交聯(lián)得到的高分子材料能夠在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)氧化還原反應(yīng)發(fā)生斷裂，從而釋放出生物大分子藥物。有研究小組設(shè)計(jì)了一種特殊的材料，將雙甲醛咪唑與精胺縮合生成聚合物用于基因傳遞。該材料在中性條件下穩(wěn)定，在被細(xì)胞攝取后在內(nèi)含體的酸性環(huán)境下能降解成可生物代謝的單體，一方面降低了毒性，另一方面，在新生成的多個(gè)伯氨作用下，通過(guò)質(zhì)子海綿效應(yīng)使得內(nèi)涵體破裂，而使siRNA隨聚合物降解從載體中釋放到胞漿內(nèi)[11]。盡管這類傳遞系統(tǒng)能夠增強(qiáng)生物大分子藥物進(jìn)入細(xì)胞和胞內(nèi)釋放的能力，但是由于細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，一些材料仍難以完全釋放藥物。
三、生物大分子藥物遞送系統(tǒng)研究面臨的挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)的生物大分子藥物遞送系統(tǒng)往往難以綜合解決目前生物大分子藥物體內(nèi)傳遞過(guò)程中的各種問(wèn)題，因此要真正實(shí)現(xiàn)生物大分子藥物的體內(nèi)高效化傳遞需要對(duì)它們傳遞過(guò)程中面臨的關(guān)鍵問(wèn)題的進(jìn)行系統(tǒng)的解決。無(wú)論哪一類生物大分子藥物，其體內(nèi)的高效遞送系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：①保持生物大分子空間構(gòu)型和生物活性；②促進(jìn)生物大分子藥物靶向分布于病灶組織和靶細(xì)胞；③增強(qiáng)生物大分子藥物跨越各級(jí)生物屏障的效率；④提高藥物胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和釋放的效率；從而達(dá)到維持生物大分子藥物的生物活性并實(shí)現(xiàn)高效傳遞的目的。
傳統(tǒng)的生物大分子藥物遞送系統(tǒng)往往只關(guān)注了以上幾個(gè)過(guò)程中的一個(gè)或兩個(gè)，難以真正滿足生物大分子藥物高效化的需求。因此，新型生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)應(yīng)能夠綜合考慮以上四個(gè)步驟，協(xié)同作用，既考慮生物大分子藥物傳遞的共性，又抓住不同種類藥物的特點(diǎn)，針對(duì)不同生物大分子藥物體內(nèi)傳遞中的關(guān)鍵問(wèn)題，多層次滿足體內(nèi)傳遞要求，維持生物大分子的生物活性并實(shí)現(xiàn)高效遞送。因此，闡明影響生物大分子藥物立體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素，建立穩(wěn)定其立體結(jié)構(gòu)的方法；闡明生物大分子藥物與傳遞材料、體內(nèi)生物屏障及細(xì)胞膜的相互作用規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與傳遞材料性質(zhì)的關(guān)系，揭示傳遞效率與材料功能之間的關(guān)系，成為構(gòu)建多功能性與協(xié)同作用的生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)，推動(dòng)生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)臨床應(yīng)用的關(guān)鍵，是本建議項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。生物大分子藥物遞送系統(tǒng)研究面臨以下挑戰(zhàn)：
1.如何在構(gòu)建生物大分子高效遞送系統(tǒng)的同時(shí)，不破壞其空間構(gòu)型及生物活性？
盡管目前已有PEG化的蛋白多肽類藥物上市，且對(duì)增強(qiáng)蛋白質(zhì)類藥物的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)半衰期和降低免疫原性方面起到了積極作用，但是，在PEG化過(guò)程中對(duì)蛋白質(zhì)藥物活性造成的損害是不可忽視的。例如，在堿性磷酸酶的PEG化過(guò)程中，不同交聯(lián)方式都會(huì)對(duì)堿性磷酸酶的活性造成影響。又如，核酸類藥物如DNA和siRNA易受到環(huán)境中酶的作用而失活，因此傳遞系統(tǒng)要能夠保護(hù)其不備核酸酶攻擊，但當(dāng)載體材料充分縮聚、保護(hù)核酸分子時(shí)，往往又會(huì)使核酸分子因難以釋放等原因喪失生物活性。因此，生物大分子藥物高效化中的一個(gè)重要問(wèn)題是取得“高穩(wěn)定性”和“高活性”之間的平衡。同時(shí)，這也需要對(duì)傳遞系統(tǒng)和蛋白或核酸藥物之間相互作用機(jī)理的進(jìn)一步闡釋。
2.如何合理設(shè)計(jì)能克服生物大分子藥物傳遞過(guò)程中各個(gè)屏障的高效遞送系統(tǒng)，建立生物大分子遞送系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系？
生物大分子藥物在體內(nèi)的傳遞是一個(gè)面臨多重屏障的復(fù)雜過(guò)程。涉及到藥物在病灶的富集、藥物與靶細(xì)胞生物膜的相互作用及穿膜入胞、進(jìn)入細(xì)胞后從溶酶體逃逸甚至入核的過(guò)程等。因此，實(shí)現(xiàn)藥物的高效傳遞必須兼顧以上幾個(gè)方面。目前處在臨床研究或基礎(chǔ)研究的蛋白藥物或核酸藥物難以綜合實(shí)現(xiàn)從給藥位點(diǎn)到作用細(xì)胞的高效傳遞。為了實(shí)現(xiàn)生物大分子藥物的高效傳遞，要綜合考慮遞藥系統(tǒng)的安全性、生物相容性、給藥途徑、靶向性等問(wèn)題，以及體內(nèi)傳遞過(guò)程中的生物大分子活性的保持。此外，為了全面評(píng)價(jià)生物大分子在體內(nèi)的傳遞效率，需要建立一套合理的評(píng)價(jià)體系。構(gòu)建多功能協(xié)同作用的生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)，是推動(dòng)生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)臨床應(yīng)用的關(guān)鍵。
四、生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)的重點(diǎn)研究方向
針對(duì)目前生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題及面臨的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，我國(guó)今后在該領(lǐng)域的研究工作應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面開展：
1、生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)與生物活性相關(guān)性探討
闡明生物大分子傳遞系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)建過(guò)程與其生物活性的關(guān)系，通過(guò)載體材料的優(yōu)選、制備方法的設(shè)計(jì)優(yōu)化，提出生物大分子藥物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化的策略和方法，闡明生物大分子藥物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一些關(guān)鍵因素，探尋新的制備技術(shù)。
2、生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)病灶富集功能的及其機(jī)制研究
具有分子靶向功能的生物大分子藥物不一定具有病灶靶向作用，因此生物大分子藥物的病灶富集需要依賴于藥物傳遞系統(tǒng)所具有的病灶靶向能力。依據(jù)病灶的生理、病理特征，綜合設(shè)計(jì)具有良好長(zhǎng)循環(huán)能力、病灶部位被動(dòng)靶向能力、病灶部位主動(dòng)靶向能力以及滯留能力的生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)。
3、生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)跨越各級(jí)生物屏障功能及其機(jī)制研究
針對(duì)大多數(shù)生物大分子藥物在人體內(nèi)傳遞過(guò)程中，難以透過(guò)靶器官或靶組織的生物屏障（如血腦屏障、肺氣血屏障、血胰屏障等），難以穿過(guò)細(xì)胞膜和/或核膜而發(fā)揮療效等難題，結(jié)合蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域(PTD)多肽等方面的新發(fā)現(xiàn)，研究與構(gòu)建具有穿過(guò)生物屏障、細(xì)胞膜和/或核膜的多功能智能化的載體/非載體的藥物高效傳送系統(tǒng)，并闡明其基本規(guī)律。
4、生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及釋放過(guò)程及其機(jī)制研究
生物大分子藥物輸送系統(tǒng)進(jìn)入靶細(xì)胞后，還需要經(jīng)歷胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物釋放過(guò)程方能發(fā)揮治療效應(yīng)。胞內(nèi)影響生物大分子藥物輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)和釋藥過(guò)程的微環(huán)境（如pH、酶系統(tǒng)、溫度等），也是影響生物大分子藥物發(fā)揮治療效應(yīng)的重要因素。因此，研究闡明生物大分子藥物輸送系統(tǒng)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)及釋藥規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上研究構(gòu)建能有效將藥物遞送至細(xì)胞內(nèi)特定結(jié)構(gòu)，避免藥物發(fā)揮療效前降解，且能適時(shí)定量釋放藥物的載體系統(tǒng)也是生物大分子藥物傳遞系統(tǒng)的重要研究方向。
5、生物大分子藥物遞送系統(tǒng)與亞細(xì)胞器的相互作用規(guī)律及其效應(yīng)研究
生物大分子藥物輸送系統(tǒng)一般都是納米級(jí)載體輸送系統(tǒng)，這些納米系統(tǒng)進(jìn)入靶細(xì)胞以后，由于其納米特性，將會(huì)與亞細(xì)胞器（包括胞膜和自噬體等）發(fā)生相互作用。這些相互作用，有的是轉(zhuǎn)運(yùn)、釋藥的基礎(chǔ)，也有的是引起一系列毒副反應(yīng)的根源。為了闡明生物大分子藥物納米輸送系統(tǒng)潛在的毒性與輸送系統(tǒng)的相關(guān)性和規(guī)律，有必要對(duì)生物大分子藥物納米輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、理化特性與亞細(xì)胞器之間的相互作用及其效應(yīng)進(jìn)行深入研究。并在此基礎(chǔ)上提出避免或減少生物大分子藥物納米輸送系統(tǒng)潛在毒副作用的策略。
此外，為加快生物大分子藥物從基礎(chǔ)到應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，其高效遞藥系統(tǒng)的研究還應(yīng)高度關(guān)注成藥性問(wèn)題和質(zhì)量評(píng)價(jià)體系問(wèn)題。由于生物大分子藥物本身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其藥物設(shè)計(jì)、早期成藥性評(píng)價(jià)、藥物的化學(xué)制備、制劑以及作用機(jī)理等方面均面臨錯(cuò)綜復(fù)雜的情況，并且缺乏高專屬性、高靈敏度的理化分析和生物學(xué)分析方法，很難找到一套通用的評(píng)價(jià)體系和質(zhì)量控制方法。因此需要關(guān)注生物大分子藥物成藥性的ADME評(píng)價(jià)；生物大分子藥物的體內(nèi)生物藥劑學(xué)過(guò)程的評(píng)價(jià)（PK/PD等）；生物大分子藥物的體內(nèi)安全性和耐受性評(píng)價(jià)；建立專屬性的理化和生物學(xué)檢測(cè)方法。
總之，生物大分子藥物在體內(nèi)的傳遞過(guò)程較為復(fù)雜，且受體內(nèi)環(huán)境影響較大，應(yīng)運(yùn)用藥劑學(xué)、材料學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)、病理學(xué)等學(xué)科在內(nèi)的各方頂尖力量，通過(guò)探索解決生物大分子藥物傳遞過(guò)程中面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)生物大分子藥物在體內(nèi)的高效遞送，推動(dòng)我國(guó)生物大分子藥物的發(fā)展。
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來(lái)源：《中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)》
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