纳米材料与肿瘤靶向给药与纳米技术PPT课件.ppt

1、1靶向给药与纳米技术靶向给药与纳米技术2CONTENTSl前言前言l纳米技术纳米技术l靶向给药靶向给药l基因治疗基因治疗l展望展望3前前 言言 在在2121世纪，世纪，癌症癌症仍然是人类面临的重仍然是人类面临的重大健康问题，即使在发达国家，癌症占总大健康问题，即使在发达国家，癌症占总死亡原因也高达死亡原因也高达2 20%0%，目前癌症的临床治，目前癌症的临床治疗主要是通过手术、放疗、化疗等方法。疗主要是通过手术、放疗、化疗等方法。幸运的是，治愈癌症不是没有希望，幸运的是，治愈癌症不是没有希望，纳米纳米技术技术有望在这一方面取得突破有望在这一方面取得突破4 在纳米生物材料研究中，目前研究的热点和

2、已有较好在纳米生物材料研究中，目前研究的热点和已有较好基础及做出实质性成果的是基础及做出实质性成果的是纳米药物载体纳米药物载体和和纳米基因治疗纳米基因治疗技术。技术。 这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、药物、 DNADNA和和RNARNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。物和基因治疗

3、。前前 言言5纳米技术纳米技术6纳米药物优势纳米药物优势 7纳纳米米药物药物的的分类分类l纳米乳剂纳米乳剂 纳米脂纳米脂质体质体l纳米粒药物纳米粒药物 固固体体脂脂质质纳米粒纳米粒 纳米囊纳米囊与与纳米球纳米球l磁性纳米药物磁性纳米药物l温度敏感性、温度敏感性、pHpH敏感性、光敏感性纳米药物敏感性、光敏感性纳米药物l免疫纳米药物免疫纳米药物8纳米药物尺度的优势纳米药物尺度的优势9癌症治疗主要手段癌症治疗主要手段化疗化疗缺陷：缺陷：l用量大，缺乏专一性，对正常组织毒副作用强用量大，缺乏专一性，对正常组织毒副作用强l易产生多重耐药性和变态反应易产生多重耐药性和变态反应l药物外渗引起皮肤或血管腐蚀

4、药物外渗引起皮肤或血管腐蚀l化疗后会引起恶心、呕吐和腹泻；脱发；肾功能紊乱化疗后会引起恶心、呕吐和腹泻；脱发；肾功能紊乱10靶向给药系统靶向给药系统(Targeting Drug Delivery System ,TDDS) 药物药物 特定靶向区域特定靶向区域 选择性浓集定位于选择性浓集定位于靶器官靶器官靶组织靶组织靶细胞靶细胞细胞内细胞内载载 体体局部或全身局部或全身 血液循环血液循环11靶向给药优势靶向给药优势l定义：在特定的导向机制作定义：在特定的导向机制作用下，将药物输送到特定靶用下，将药物输送到特定靶器官，发挥治疗作用器官，发挥治疗作用l组成：药物组成：药物+ +载体载体+ +导向导

5、向 “神奇子弹神奇子弹”l优势：药剂用量少，毒副作优势：药剂用量少，毒副作用低；药效持续，长时间保用低；药效持续，长时间保持靶目标的有效药物浓度持靶目标的有效药物浓度12靶向制剂靶向制剂理想的靶向制剂应具备的理想的靶向制剂应具备的三大要素三大要素： 定位浓集、控制释药、无毒可生物降解定位浓集、控制释药、无毒可生物降解基本分类：基本分类：1 1、被动靶向制剂：微粒吞噬（生理特征，、被动靶向制剂：微粒吞噬（生理特征，RESRES效应）效应）2 2、主动靶向制剂：表面修饰（单抗定位）、主动靶向制剂：表面修饰（单抗定位）3 3、物理化学靶向：磁性、热和、物理化学靶向：磁性、热和pHpH敏感、栓塞性微球

6、等敏感、栓塞性微球等13l 基础肿瘤生物学在体内实验中基础肿瘤生物学在体内实验中, ,平均每十万个静脉注平均每十万个静脉注射的单克隆抗体中射的单克隆抗体中, ,只有只有1-101-10 个能到达靶标。在肿瘤成像个能到达靶标。在肿瘤成像技术中造影剂也存在类似的限制。技术中造影剂也存在类似的限制。l 纳米粒子表面具有高度的可修饰性纳米粒子表面具有高度的可修饰性, ,使用纳米粒子靶使用纳米粒子靶向输药将大大改进对肿瘤及其他疾病的治疗手段。向输药将大大改进对肿瘤及其他疾病的治疗手段。靶向定位能力靶向定位能力14靶向机理靶向机理l被动靶向（被动靶向（Passive targeting）l主动靶向（主动靶

7、向（Active targeting）l物理化学靶向（物理化学靶向（Physico-chemical targeting） 15被动靶向被动靶向 即自然靶向：药物被载体通过正常生理过程运送至肝、脾、即自然靶向：药物被载体通过正常生理过程运送至肝、脾、肺等器官。一般的微粒给药系统具有被动靶向性能。肺等器官。一般的微粒给药系统具有被动靶向性能。 微粒给药系统被动靶向机制微粒给药系统被动靶向机制: : 体内网状内皮系统体内网状内皮系统(RES) (RES) 中中吞噬细胞吞噬细胞, ,将一定大小的微将一定大小的微粒作为异物而摄取粒作为异物而摄取, ,较大的微粒由于不能滤过毛细血管床较大的微粒由于不能滤

8、过毛细血管床, ,而而被机械截留于某些部位。被机械截留于某些部位。 16根据微粒大小自然分布根据微粒大小自然分布： 粒径：粒径：7um 7um 肺毛细血管机械截留肺毛细血管机械截留 7um 7um 肝脾中单核巨噬细胞摄取肝脾中单核巨噬细胞摄取 100-200nm100-200nm微粒被网状内皮系统巨噬细胞摄取微粒被网状内皮系统巨噬细胞摄取 到达肝枯否细胞到达肝枯否细胞(Kupffer(Kupffer cel1) cel1)溶酶体中；溶酶体中； 5050100nm100nm微粒进入肝实质细胞中微粒进入肝实质细胞中 50nm 50nm 透过肝脏内皮细胞透过肝脏内皮细胞/ /通过淋巴传递到脾和通过淋

9、巴传递到脾和骨髓中骨髓中 17巨噬细胞巨噬细胞吞噬作用吞噬作用单核单核- -巨噬细胞对微粒的吞噬作用决定于巨噬细胞对微粒的吞噬作用决定于 1. 1. 血浆中的某些特定蛋白血浆中的某些特定蛋白 -即调理素即调理素(opsonins(opsonins) ) 2. 2. 巨噬细胞上的有关受体巨噬细胞上的有关受体 微粒通过吸附调理素，粘附在巨噬细胞的表面，然后微粒通过吸附调理素，粘附在巨噬细胞的表面，然后内在的生化作用内在的生化作用( (内吞、融合内吞、融合) )被巨噬细胞摄取被巨噬细胞摄取 。 18大分子和颗粒进入和排出细胞大分子和颗粒进入和排出细胞胞胞 饮饮 吞吞 噬噬19被动靶向制剂的载体被动靶

10、向制剂的载体：l 乳剂乳剂l 脂质体脂质体 l 微球微球 纳米囊纳米囊l 纳米粒纳米粒纳米球纳米球20脂质体（脂质体（LiposomesLiposomes） 脂质体是将药物包封于类脂分子层形成的薄膜内所构脂质体是将药物包封于类脂分子层形成的薄膜内所构成的超微球状囊泡成的超微球状囊泡这种具有类似生物膜双这种具有类似生物膜双分子层结构的分子囊称分子层结构的分子囊称脂质体（脂质体（liposomesliposomes） 21 脂质体的形成与结构脂质体的形成与结构 构成脂质体双层的封闭小室：构成脂质体双层的封闭小室： 内部内部-中心水性空间（包含一定体积的水溶液）中心水性空间（包含一定体积的水溶液）

11、周围被脂质双层包围而独立周围被脂质双层包围而独立 外层外层-脂质双层形成的泡囊脂质双层形成的泡囊 aqueous space22 l 水溶性药物：在中心水性空间或层间水性空间水溶性药物：在中心水性空间或层间水性空间l 脂溶性药物：在双分子层的疏水空间脂溶性药物：在双分子层的疏水空间 常见形态：球形、椭球形等常见形态：球形、椭球形等 大小：几十大小：几十nm 几个几个um之间之间 Hydrophobic drug in lipidbilayerHydrophilic drug23 脂质体是以脂质体是以磷脂、胆固醇磷脂、胆固醇等类脂质为膜材，具有类细胞膜等类脂质为膜材，具有类细胞膜结构，故作为药物

12、的载体，能被单核吞噬细胞系统吞噬，增加药结构，故作为药物的载体，能被单核吞噬细胞系统吞噬，增加药物对淋巴组织的指向性和靶组织的滞留性。物对淋巴组织的指向性和靶组织的滞留性。 特点：特点： 靶向性和淋巴定向性靶向性和淋巴定向性 缓释性缓释性 细胞亲和性与组织相容性细胞亲和性与组织相容性 降低药物毒性降低药物毒性 保护药物提高稳定性保护药物提高稳定性24脂质体使抗癌药物在靶区具有滞留性脂质体使抗癌药物在靶区具有滞留性 由于肿瘤细胞中含有比正常细胞较高浓度的由于肿瘤细胞中含有比正常细胞较高浓度的磷酸酶磷酸酶及酰酶及酰酶、因此将抗癌药物包制成脂质体，不仅由于酶使、因此将抗癌药物包制成脂质体，不仅由于酶

13、使药物容易释出，且可促使药物中肿瘤细胞部位特异地蓄药物容易释出，且可促使药物中肿瘤细胞部位特异地蓄积。因此，如将包封于脂质体的抗癌药物直接注入瘤体，积。因此，如将包封于脂质体的抗癌药物直接注入瘤体，能使局部有效的药物浓度维持较长的时间，利于杀癌细能使局部有效的药物浓度维持较长的时间，利于杀癌细胞胞。25脂质体的作用特点脂质体的作用特点 脂质体在体内细胞水平上的作用机制有吸脂质体在体内细胞水平上的作用机制有吸附、脂交换、内吞附、脂交换、内吞(endocytosis(endocytosis) )、融合、融合(fusion)(fusion)等。等。26a：特异性特异性载药脂质体；b：非特异性非特异性

14、载药脂质体；c：在细胞质释放细胞质释放药物；d：吸附到细胞表面吸附到细胞表面，破坏破坏细胞膜组件细胞膜组件，进入细胞内进入细胞内释放药物；e：与细胞膜细胞膜进行脂质转换脂质转换，释放药物；f：特异性与非特异性胞吞胞吞；g：胞吞后，通过内含体内含体进入溶酶体溶酶体释放药物；h：胞吞后，内含体破裂内含体破裂，释放药物脂质体与细胞的相互作用脂质体与细胞的相互作用脂质体与细胞的相互作用脂质体与细胞的相互作用Torchilin V P . Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriersJ. Nature Reviews Drug Dis

15、covery, 2005(4): 14560.27主动靶向主动靶向 通过改变微粒在体内的自然分布而到达特定靶部位。也通过改变微粒在体内的自然分布而到达特定靶部位。也即避免巨噬细胞摄取，防止在肝内浓集。即避免巨噬细胞摄取，防止在肝内浓集。 主动靶向制剂包括主动靶向制剂包括修饰的药物载体修饰的药物载体、前体药物前体药物与与药物大药物大分子复合物分子复合物三大类制剂。三大类制剂。28 修饰的药物载体修饰的药物载体作为作为“导弹导弹”，将药物定向地，将药物定向地运送到靶区浓集发挥药效。运送到靶区浓集发挥药效。 载体可以是受体的配体、单克隆抗体、对体内载体可以是受体的配体、单克隆抗体、对体内某些化学物质

16、敏感的高分子物质等。某些化学物质敏感的高分子物质等。29 用用PEGPEG等亲水性材料修饰的药物载体等亲水性材料修饰的药物载体l 在普通纳米粒表面通过物理吸附或共价结合一层或多在普通纳米粒表面通过物理吸附或共价结合一层或多层亲水性聚合物层亲水性聚合物, , 可避开巨噬细胞吞噬可避开巨噬细胞吞噬, ,延长在血液中循环延长在血液中循环时间。可以降低吞噬，延长滞留时间时间。可以降低吞噬，延长滞留时间, ,靶向其他组织器官。靶向其他组织器官。l 隐形隐形(stealth)(stealth)：是指纳米粒在进入体循环后：是指纳米粒在进入体循环后, ,可以避可以避开肝脏等系统的摄取开肝脏等系统的摄取, ,而

17、转运到体循环中长时间存在而转运到体循环中长时间存在或转运至其它组织或器官。或转运至其它组织或器官。 避开巨噬细胞吞噬避开巨噬细胞吞噬 “ “隐形隐形”纳米粒（纳米粒（stealthnanoparticlesstealthnanoparticles） 30l 某些细胞表面有特异受体，可将对受体有强亲和力特某些细胞表面有特异受体，可将对受体有强亲和力特异性配体与微粒表面结合，使微粒导向特定细胞，从而改异性配体与微粒表面结合，使微粒导向特定细胞，从而改变微粒的分布。变微粒的分布。l 这类配体包括：这类配体包括： -多糖、外源凝聚素和半抗原等。多糖、外源凝聚素和半抗原等。结合细胞特异性结合细胞特异性配

18、体配体31例：叶酸受体介导主动靶向例：叶酸受体介导主动靶向 大多数肿瘤细胞表面的叶酸受体数目和活性明显高于正大多数肿瘤细胞表面的叶酸受体数目和活性明显高于正常细胞常细胞. . 叶酸：靶向肿瘤细胞的抗肿瘤药物的载体。叶酸：靶向肿瘤细胞的抗肿瘤药物的载体。32药物组成药物组成33作用机制作用机制34例：低密度脂蛋白例：低密度脂蛋白(LDL)-(LDL)-抗癌药物靶向新载体抗癌药物靶向新载体 LDL LDL是存在于哺乳动物血浆中的脂蛋白，是存在于哺乳动物血浆中的脂蛋白，LDLLDL受体活性及数受体活性及数量在一些癌细胞中高出正常细胞量在一些癌细胞中高出正常细胞20 20 倍以上。可作为一种特异倍以上

19、。可作为一种特异性受体载体及抗癌药物靶向新载体性受体载体及抗癌药物靶向新载体, , 将药物释放到靶细胞。将药物释放到靶细胞。l特点：特点：lLDLLDL是内源性脂蛋白是内源性脂蛋白, , 可避免在体循环中被迅速清除可避免在体循环中被迅速清除l可克服一般载体靶向性差、不良反应大可克服一般载体靶向性差、不良反应大35l 单克隆抗体免疫微粒单克隆抗体免疫微粒 ：结合单克隆抗体：结合单克隆抗体(MCAb(MCAb) )后，可使后，可使微粒对细胞表面的抗原决定簇有靶向作用。微粒对细胞表面的抗原决定簇有靶向作用。l 如用抗如用抗T T淋巴细胞的淋巴细胞的MCAbMCAb共价结合到聚甲基丙烯酸酯纳米共价结合

20、到聚甲基丙烯酸酯纳米球上，再与血单核细胞温育，发现可与球上，再与血单核细胞温育，发现可与T T淋巴细胞结合，所有淋巴细胞结合，所有对照组均为阴性。对照组均为阴性。结合细胞特异性结合细胞特异性抗体抗体36 将活性药物衍生成药理惰性物质，在靶部位将活性药物衍生成药理惰性物质，在靶部位经降解成活性母体药物后发挥作用经降解成活性母体药物后发挥作用 前药前药再生成再生成母体药物母体药物的基本条件：的基本条件： 靶部位有足够量的酶，能产生足够量活性物质靶部位有足够量的酶，能产生足够量活性物质 前药能与药物受体充分接近前药能与药物受体充分接近 产生的活性药物能在靶部位滞留产生的活性药物能在靶部位滞留前体药物

21、前体药物37例：例：抗癌药前体药物：抗癌药前体药物： 癌细胞比正常细胞含较高浓度的磷酸酯酶和癌细胞比正常细胞含较高浓度的磷酸酯酶和酰胺酶酰胺酶 -可将药物制成磷酸酯或酰胺类前药可将药物制成磷酸酯或酰胺类前药 38 应用一些特殊的物理化学方法如温度、应用一些特殊的物理化学方法如温度、pHpH或磁或磁场等外力作用将微粒导向特定部位。场等外力作用将微粒导向特定部位。 磁导向制剂磁导向制剂 热敏制剂热敏制剂 PHPH敏感制剂敏感制剂 栓塞制剂栓塞制剂物理化学靶向物理化学靶向39 利用药物载体的磁性特点，在外加磁场的作用下利用药物载体的磁性特点，在外加磁场的作用下，磁性纳磁性纳米载体将富集在病变部位，进

22、行靶向给药米载体将富集在病变部位，进行靶向给药。磁导向磁导向40 优点优点：具有无创或微创、靶向性强、生物相容性好、治疗：具有无创或微创、靶向性强、生物相容性好、治疗效果好。将纳米磁性材料的热效应与药物靶向传导控释相效果好。将纳米磁性材料的热效应与药物靶向传导控释相结合，局部升温后可提高癌变组织管壁通透性，增强药物结合，局部升温后可提高癌变组织管壁通透性，增强药物的吸收。的吸收。应用应用：可用于疾病诊断和治疗中的多个环节，对癌症的早：可用于疾病诊断和治疗中的多个环节，对癌症的早期诊断与治疗有着重要的意义期诊断与治疗有着重要的意义磁性纳米材料应用前景磁性纳米材料应用前景41l利用肿瘤间质液利用肿

23、瘤间质液PHPH值比周围正常组织显著低的特点设计。值比周围正常组织显著低的特点设计。l采用采用PHPH敏感类脂为类脂质膜，在低敏感类脂为类脂质膜，在低PHPH环境中结构改变导环境中结构改变导致加速释药；致加速释药； 如：如：N-N-十六酰十六酰-L-L-高半胱氨酸（高半胱氨酸（PHCPHC） PHPH不同，该类脂存在两种平衡构型：不同，该类脂存在两种平衡构型： PHPH降低时，形成闭合的环式，破坏了脂质双分子层的稳降低时，形成闭合的环式，破坏了脂质双分子层的稳定性，膜通透性增加，药物释放定性，膜通透性增加，药物释放 PHPH敏感靶向制剂敏感靶向制剂C H3(C H2)14C O N H-C H

24、C H2C H2CSOO HH+C H3(C H2)14C O N H-C H-C O O(C H2)2S H-环 式开 链式42基因治疗基因治疗l 肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基因肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基因载体，临床效果不是很理想载体，临床效果不是很理想 。l 纳米颗粒基因载体纳米颗粒基因载体是一种无毒、高效、能稳定转染的是一种无毒、高效、能稳定转染的非病毒载体，将非病毒载体，将DNADNA、RNARNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶

25、向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性基因治疗。实现安全有效的靶向性基因治疗。43优点：优点：l 缓释缓释l 靶向输送靶向输送l 保护核苷酸保护核苷酸l 毒性小毒性小分类：分类：l 脂质体基因载体脂质体基因载体l 树状多聚体的基因载体树状多聚体的基因载体纳米基因载体纳米基因载体44 表面正电荷与核苷酸发生静电作用表面正电荷与核苷酸发生静电作用，形成纳米载体与质粒形成纳米载体与质粒DNADNA的复合的复合物。通过

26、其表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质，物。通过其表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质，实现基因治疗。实现基因治疗。纳米阳离子脂质体纳米基因载体纳米基因载体 1:1: 纳米纳米脂质体基因载体脂质体基因载体纳米技术纳米技术-肿瘤治疗肿瘤治疗45 以以a av v3 3 整合蛋白为靶向的基因整合蛋白为靶向的基因纳米材料纳米材料(a): a(a): av v 3 3-NP/RAF(-)-NP/RAF(-)表达表达的的ATPATPu u-RAF-RAF与与a av v3 3整合蛋白结合整合蛋白结合;(b):;(b):内皮细胞凋亡内皮细胞凋亡(c): (c): 肿瘤细胞坏

27、死肿瘤细胞坏死. .纳米纳米脂质体基因载体脂质体基因载体纳米技术纳米技术-肿瘤治疗肿瘤治疗46 美国密西根州大学美国密西根州大学JamesJames等研制的对聚酰胺等研制的对聚酰胺- -胺型胺型 (PAMAM)(PAMAM)树突状聚合树突状聚合物。装载了物。装载了DNADNA的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞，的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞，DNADNA分子释放出来，实现基因的整合。分子释放出来，实现基因的整合。 纳米基因载体纳米基因载体 2:2:树突状物的多聚体树突状物的多聚体PAMAM纳米技术纳米技术-肿瘤治疗肿瘤治疗47 树枝状大分子是由重复增长反应合成而来的

28、，高度支化且结构精树枝状大分子是由重复增长反应合成而来的，高度支化且结构精确的分子。每一个重复循环反应增加一个支化层，叫做确的分子。每一个重复循环反应增加一个支化层，叫做“代代”。它包括。它包括主结构（内核，支化单元，外围基团）及微环境（空腔）。主结构（内核，支化单元，外围基团）及微环境（空腔）。48树枝状大分子的树枝状大分子的结构特点结构特点： 精确的分子结构；精确的分子结构； 高度的几何对称性；高度的几何对称性； 外围大量的官能团；外围大量的官能团； 分子内存在空腔；分子内存在空腔； 分子量可控；分子量可控； 分子本身具有纳米尺寸。分子本身具有纳米尺寸。 树枝状大分子的树枝状大分子的性能特

29、点：性能特点： 良好的溶解和混合分散性；良好的溶解和混合分散性； 黏度随分子量的增加出现最大值；黏度随分子量的增加出现最大值； 单分散性单分散性49l 特殊的空腔结构有利于药物的负载，可以根据包裹药物特殊的空腔结构有利于药物的负载，可以根据包裹药物分子的大小，调控球腔的大小以便能够包裹药物分子分子的大小，调控球腔的大小以便能够包裹药物分子l 改变官能团的性质可以控制携带不同类型的药物分子改变官能团的性质可以控制携带不同类型的药物分子l 表面层上的官能团可以连接抗体或基因物质，适合定向表面层上的官能团可以连接抗体或基因物质，适合定向药物运输药物运输l 树枝状聚合物容易被细胞膜吞噬，适合用于基因疗法。树枝状聚合物容易被细胞膜吞噬，适合用于基因疗法。树枝状大分子作为药物载体的优势树枝状大分子作为药物载体的优势50