载药纳米粒的脑内递药系统 |
| 发布时间：2005-08-11 |
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血-脑屏障（blood-brain barrier，BBB）是由毛细血管内皮细胞形成的血液与脑组织间的屏障。它为脑组织提供了一个相对稳定的内在环境，保障了脑的正常功能。但是由于BBB的存在，多数抗生素类，抗病毒、抗肿瘤、中枢神经系统药物以及多肽、蛋白类药物都难以入脑。总的来说，亲水性，大分子药物难以透过BBB。一些亲酯性，分子量适宜的药物虽能透过BBB，但很快又被细胞膜上的高效外排泵（efflux pump）摄取回到血液中，因此脑内药量甚少。为了克服BBB，目前常用的方法有：（1）通过造成血液高渗使脑毛细血管内皮细胞紧密连接瞬时开放，屏障作用消失。（2）将药物做成适宜的亲酯性前体药物。（3）使用聚氰基丙酸酯（polyalkylcyanoacrylate, PACA）、聚乳酸（poly lactic acid, PLA）、乳酸-羟基乙酸共聚物（poly lactic-co-glycolic acid, PLGA）等材料的纳米粒（nanoparticle, NP）作为载体将药物送入脑内。目前取得明显脑靶向效果的材料是PACA，其他材料多应用于脑内药物的缓、控释，脑靶向作用的报道不多。（4）以免疫脂质体为载体，脂质体表面的单克隆抗体与BBB上相应的受体发生特异性结合，启动受体介导的胞吞运转，从而使药物透过BBB。（5）改变给药途径，例如通过鼻腔给药。但是方法（1）可能使一些有毒有害物质在紧密连接瞬时开放期间入脑，影响中枢神经系统功能。方法（2）由于高效外排泵的存在作用不大。而方法（4）则因脂质体稳定性较差的缘故进展缓慢。近年来，学者们对NP载体日趋关注，NP表面修饰后避免网状内皮系统吞噬，能发挥脑靶向作用，可望成为提高药物脑内浓度的良好载体。
NP传递药物入脑的研究概况
1 NP传递肽类药物入脑
最早研究的以NP为载体传递入脑的药物是六肽化合物dalargin(Tyr-D-Ala-Gly-Phe-Leu-Arg)。这是一种类似脑啡肽的物质，具有中枢镇痛作用。KREUTER等以小鼠弹尾试验（tail-flick）检验了不同dalargin溶液静注后的镇痛效果。试验组所用注射液是载有dalargin的聚氰基丙烯酸正丁酯（PBCA）NP分散液加入适量聚山梨酯80（polysorbate 80）温浴30min制成，其中药物浓度分别为0.25，0.50，0.75g·L-1。对照组包括dalargin溶液，聚山梨酯80和PBCA-NP两两简单混合液和三者简单混合液。结果表明，试验组中，高浓度药液产生了镇痛作用，低浓度无明显作用，所有对照组均无镇痛作用。上述实验证明，只有表面经聚山梨酯80修饰后的NP才能将dalargin顺利输送入脑，发挥镇痛作用。SCHRODER等用热板试验（hot plate）重现了KREUTER的实验结果，再次证实了聚山梨酯80修饰的NP是dalargin入脑的良好载体。
载有二肽化合物kytorphin(L-Tyr-L-Arg)经聚山梨酯80修饰的PBCA-NP也有中枢镇痛效果。肽类药物由于分子量较大通常无法透过BBB，但聚山梨酯80修饰的NP可以将dalargin这样的多肽成功送入脑内，提示NP是多肽、蛋白质药物发挥脑内作用的有效载体。
2 NP传递抗肿瘤药物入脑
由于BBB的存在，许多抗肿瘤药物入脑困难，这不仅对脑部肿瘤治疗效果差，而且大量药物停留在正常组织，全身性不良反应大。YANG等以喜树碱（camptothecin）为模型药物，利用NP做载体研究脑内抗肿瘤药物传递系统。他们采用高压均相法制备了载药的固体脂质NP（CA-SLN），其中含喜树碱0.1%，硬脂酸（stearicacid）2.0%，大豆卵磷脂（soybean lecithin）0.5%，表面用泊洛沙姆（poloxamer）188修饰。通过小鼠尾静脉注射（静注）药物后，在不同时间摘眼球取血并取不同器官匀浆，研究了小鼠体内的分布情况。结果不同剂量的CA-SLN脑内平均滞留时间（MRT）均远高与对照组。同样，他们还研究了口服给药后，药物的体内分布情况，结果NP显著提高了喜树碱的脑内浓度，并且脑内生物利用度在所有研究器官中最高。
GULYAEV等研究了多柔比星（doxorubicin）4种制剂静注后在大鼠体内的药动学情况，分别是多柔比星盐溶液，多柔比星盐溶液聚山梨酯80，载药的PBCA-NP，聚山梨酯80修饰的载药PBCA-NP。给药不同时间后测定动物血浆、肝、脾、肾、肺、心、脑中的药物浓度。结果2种多柔比星NP都可以防止药物在心脏内的积蓄，1h后药物在心脏中已经检测不到。而只有聚山梨酯80修饰PBCA-NP能将药物送入脑内，并获得可观的脑内药物浓度。给药后2～4h脑内药物浓度达到高峰。NP载体既降低了药物的心脏毒性，又能使药物入脑，显示出良好的靶向作用。
3 NP传递抗病毒药物入脑
齐多夫定[zidovudine，昔名叠氮胸苷（azidothymidine, AZT）]是一种重要的抗病毒药物，尤其在艾滋病治疗中作用显著。艾滋病毒能感染脑部，因此脑也是AZT的靶器官。AZT虽然能通过BBB，但是很快被清除出脑。LÖBENBERG等研究了AZT-NP口服给药后的体内分布。NP材料是聚氰基丙烯酸已酯，表面修饰剂是二（2-乙基已基）磺基丁二酸钠，AZT经14C标记。通过小鼠管饲法给药，观察了药物分布情况。结果，14C标记的AZT-NP口服1h后的脑内浓度比AZT溶液高33%。不仅如此，在以后的观察时间内，这种浓度的提高一直持续。实验证明，NP提高了AZT口服给药后的脑内浓度。
4 NP传递中枢神经系统药物入脑
ALYAUTDIN等对洛哌丁胺（loperamide）进行了研究。他们同样运用小鼠弹尾试验，重点考察了聚山梨酯80修饰的PBCA载药NP静注后药物的镇痛作用。以药物浓度分别为1.8，2.7，3.6mg·kg-1的聚山梨酯80修饰的PBCA-NP为试验制剂，以药物浓度为3.6mg·kg-1的溶液，未修饰的NP以及药物，NP，聚山梨酯80三者简单混合液为对照。结果，试验组随剂量的增加镇痛作用增强并持续较长时间，对照组无明显作用，或者持续时间很短。
N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体活性过高可导致许多中枢神经系统失常，故该受体拮抗剂有治疗和预防作用。8-氯-4-羟基-1-氧代-1，2-二羟基哒嗪并[4，5-b]喹啉-5-氧化胆碱盐（MRZ2/576）是NMDA受体拮抗剂，能发挥抗惊厥作用。但MRZ2/576的作用时间很短（5～15min），原因在于它虽能透过BBB，但很快被清除出中枢神经系统。FRIESE等尝试了以NP为载体将MRZ2/576送入脑内，他们采用最大电休克法诱发小鼠惊厥并以该动物模型测试药效。结果MRZ2/576溶液，MRZ2/576与NP，聚山梨酯80的简单混合液抗惊厥作用时间都很短，15或30min后无效。静注未经聚山梨酯80修饰的MRZ2/576NP作用时间仅延长至60min,而静注聚山梨酯80修饰的MRZ2/576NP作用时间显著提高到210min。这一研究表明，NP载体不仅能增加药物对BBB的通透性，而且能使药物在脑内持续的发挥作用，这也是NP载体又一优势所在。
NP脑内递药的影响因素
1 制备材料
目前用于脑内药物递释研究的纳米材料主要有两类。一类是聚氰基丙烯酸烷基酯类，另一类是固体脂质。上述绝大多数模型药物都是以聚氰基丙烯酸烷基酯NP为载体，同时一些体外实验也主要采用该材料。因此PACA作为脑内释药的纳米材料比较成熟可靠。虽然固体脂质有关报道较少，但固体脂质NP作为喜树碱的载体，同样也能在一定程度上提高药物脑内浓度，因此对该材料今后可多作尝试。另外其他高分子材料比如PLGA也在研究中应用。
2 制备工艺
根据所用材料不同，目前聚氰基丙烯酸烷基酯NP制备方法主要是乳化聚合法和相界面聚合法。固体脂质NP主要用高压均相法制备。SCHRODER等考察了制备NP过程中所使用的不同稳定剂对口服载药NP入脑的影响。实验模型药物仍为dalargin。结果使用聚山梨酯85为稳定剂的载药NP口服后能发挥作用，而以右旋糖酐（dextran）12000，泊洛沙姆188作稳定剂则口服无效。除此之外有关制备工艺对NP入脑的影响未见系统性的报道。
3 NP大小
目前，用于脑内药物递释系统的聚氰基丙烯酸烷基酯NP直径通常在200～300nm之间，均获得较好的入脑效果。在体外实验中，FENART等用的NP直径为60nm。但上述所有实验者都未报道NP直径的影响。固体脂质NP直径也在200nm左右。NP大小对其入脑到底有怎样的影响仍需进一步研究。
4 NP表面修饰
NP表面如果未经任何修饰，进入血循环后大部分很快被网状内皮系统丰富的器官如肝、脾等摄取，在循环系统逗留时间很短，因此无法大量入脑。只有表面修饰后达到长循环的效果才有可能在脑组织富集。KREUTER等研究了不同类型表面活性剂对装载dalargin的NP入脑的影响，结果只有聚山梨酯类的表面活性剂才能引发药物镇痛作用，而其他表面活性剂例如泊洛沙姆，poloxamine, cremophor等都无效。此外高分子聚合物NP表面聚乙二醇（PEG）化也能使NP在血管内长循环从而一定程度上提高脑内浓度[11]。CALVO等以PEG修饰的聚氰基丙烯酸烷基酯NP作为药物载体治疗朊病毒（prion）疾病。他们诱发大鼠羊瘙痒病（scrapie）模型，研究了未装载药物的空NP在疾病不同阶段的脑内分布。结果，PEG化的NP在小脑和大脑左右两个半球的浓度比普通的NP都至少高2倍。总之，NP表面必须有合适的修饰才能集中到脑组织，聚山梨酯80是目前最有效的修饰剂。
NP入脑的机制研究
KREUTER提出了载药NP入脑的6点可能机制：（1）NP作载体可以使药物吸附在脑毛细血管壁上，延长了药物在吸收部位的滞留时间从而提高血管内外药物的浓度梯度，有利于药物通过血管内皮进入脑内。（2）NP产生表面活性作用，增加了血管内皮细胞膜脂质的溶解度，导致膜流动性增加，对药物的痛透性也增加，使药物容易透过BBB。（3）NP破坏脑血管内皮细胞紧密连接，BBB开放，药物可以直接入脑。（4）载药NP能被脑血管内皮细胞胞饮，在其中释药并将药物传递入脑。（5）载药NP可以直接穿过脑血管内皮入脑。（6）聚山梨酯80作为NP修饰物的同时可以抑制高效外排泵的作用，尤其是P-糖蛋白。这6种机制也可能联合发挥作用。
KREUTER认为，由于吸附作用产生的浓度梯度不足以对抗高效外排泵的作用，因此机制（1）不大可能单独作用。而只有经聚山梨酯类的表面活性剂修饰后NP才能有效的将药物送入脑内，其他表面活性剂都不能显著提高药物脑内浓度。所以机制（2）成立的可能性也不大。
OLIVIER等通过建立体外BBB模型，考察14C标记的蔗糖和3H标记的菊粉在其中的通透性，研究了聚山梨酯80修饰的PBCA-NP透过BBB的机制，发现一定浓度的PBCA-NO能破坏BBB的屏障功能，使紧密连接打开，其临界浓度应该在1.0mg·L-1到10 mg·L-1之间。同时进行装载dalargin的PBCA-NP体内试验，观察大鼠给药后的运动活性，结果给药大鼠运动活性都有所降低。结合上述实验，OLIVIER等认为聚山梨酯80修饰的PBCA-NP具有BBB毒性，其脑靶向机制是破坏了BBB。但是，KREUTER认为大鼠运动活性降低是dalargin的正常药理作用，并非NP引起，而且BBB破坏是由于OLIVIER等在细胞培养过程中没有加入血清和缺乏实验经验。ALYAUTDIN等考察了静注聚山梨酯80修饰的NP以后大鼠脑内菊粉容积的变化。结果给药后菊粉容积仅增加1%，这一结果显示NP虽然提高了脑内菊粉的容积，但并没有显著破坏BBB。另外在没有BBB的脑部区域，如脑垂体、脉络丛，菊粉容积也增加，更能证明菊粉容积的增加是因为胞饮作用而不是BBB的破坏打开。机制（3）目前有争议。
就目前的研究来看，最可能的机制是（4）：NP通过胞饮作用进入细胞并在其中释药。FENART等以牛脑毛细血管内皮细胞和大鼠星状细胞共同培养建立了体外BBB模型，考察了BBB对带电NP以及脂质包衣的NP的通透性，同时研究了通透性是否由于BBB紧密连接的打开。结果显示NP直接透过BBB细胞而并非从打开的BBB空隙中穿过。他们在实验中加入了血清，得出与OLIVIER不同的结果。KREUTER等在研究装载dalargin的PBCA-NP入脑情况的同时，通过荧光显微镜和电子显微镜观察，在脑血管内皮细胞中发现了NP，BORCHARD等在研究聚甲基丙烯酸酯NP透过体外BBB模型的同时也发现NP被细胞摄取。上述所有实验都观察到NP进入了细胞内，是机制（4）的有力实验证据。此外FENART认为NP能被脑细胞摄取可能通过一种内源性跨细胞途径，由脑内一些受体介导，这些受体可能是低密度脂蛋白、转铁蛋白、乳转铁蛋白受体。
研究发现载脂蛋白E（ApoE）能吸附在聚山梨酯类物质表面，因此NP经聚山梨酯80修饰后能与ApoE结合。聚山梨酯修饰的NP静注进入血循环后很可能模拟低密度脂蛋白微粒吸附了ApoE，然后与脑内低密度脂蛋白受体结合被脑血管内皮细胞摄取。在此必须强调聚山梨酯在ApoE吸附中的重要作用，没有聚山梨酯，NP表面将被大量其他血管内容物吸附而不是ApoE。GESSNER等观察了NP在大鼠和人血清中吸附Apo的情况，发现NP吸附了更多的ApoA-Ⅳ,而ApoE的吸附相对较少。由此他们得出结论，NP能将足量药物传递入脑不仅在于它能吸附ApoE，而且在于它能吸附ApoA-Ⅰ和ApoA-Ⅳ。NP在脑内ApoE受体作用之前先吸附ApoA-Ⅰ和ApoA-Ⅳ，能防止它被肝细胞摄取，这就保证了NP的脑靶向性。
对于机制（5），目前研究的较少。被细胞摄取后的NP很可能穿过细胞。体外观察到低密度脂蛋白能穿过细胞，由于NP可能模拟了低密度脂蛋白，因此机制（5）可能发挥了一定的作用。
P-糖蛋白位于脑血管内皮细胞上，它发挥外排泵的作用，成为许多药物在脑内达到治疗浓度的障碍。有研究发现聚山梨酯80能抑制P-糖蛋白的作用。然而聚山梨酯80与NP的简单混合物却未发挥明显效果，只有聚山梨酯80吸附在NP上才有作用。虽然与NP结合可能增加聚山梨酯80对P-糖蛋白的抑制作用，但是这种抑制作用是否显著依然证据不足。KREUTER认为聚山梨酯80确实发挥了一定的泵抑制作用，但并非主要机制。
展望 NP不仅能增加药物脑内浓度，而且能延长药物脑内滞留时间。NP作为脑内药物传递的载体具有较高的使用价值和研究价值。今后的工作应着力于3个方面：（1）研究确定NP脑内递释药物的机制。（2）研究影响NP入脑的因素。例如NP材料，大小、形状，制备工艺，表面修饰等。（3）尝试更多类型的药物，通过NP提高其脑内浓度并开发适合临床应用的新药。NP很可能为许多脑内疾病的治疗开辟新路。
( 中国医药数字图书馆 )
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