【文献速递】 多模式动物活体成像系统在纳米药物载体研发中的应用

纳米载药系统

随着纳米技术的不断发展，各种纳米给药系统也相继开发出来（如脂质体、高分子胶束、纳米凝胶和高分子药物等），为进一步降低体内游离药物含量、减少化疗药物的不良反应、提高药物的生物利用度和治疗效果等做出了突出贡献。然而，几乎所有的纳米载体都只是药物转运的辅料，没有治疗作用，且大量使用会因为载体代谢清除不良而导致毒性。如何降低纳米载体潜在风险或开发具有生物活性纳米载体，是一个极具吸引力的挑战。

天然小分子纳米载药系统

天然小分子（Natural small molecules、NSM）具有广泛的药理作用。据估计，所有小分子抗癌药物中约有80%是天然产物或其衍生物，它们通常来源于活体的内源性化学成分或代谢产物，具有良好的生物安全性、生物稳定性和低毒副作用等优点，可以作为纳米药物载体（Nanomedicine-cum-carrier、NMC）给药系统。随着具有自组装性质的NSMs相继被发现，NSM独特的自组装能力使其能够形成不同形状和大小的纳米粒子(Nanoparticles、NPs)，当这些NPs作为NMC用于药物输送时，可以达到辅助治疗和保健的作用，从而弥补NMC药理活性的不足，降低纳米毒性的风险，是非常有前途的NMC。

超分子共组装

超分子共组装方法（Supramolecular co-assembly，由分子构筑单元通过非共价相互作用自组装而成）因其简单、绿色等优点被广泛应用于构建纳米递送载体平台，纳米单元在共组装过程中保持并拥有各组成单元的生物活性，从而获得协同抗肿瘤、减缓化疗药物副作用和提高肿瘤治疗效果。

新型NMS

近日，哈尔滨工业大学化工与化学学院食品科学与工程系杨鑫教授课题组使用天然小分子化合物齐墩果酸（Oleanolic acid、OA）、甘草次酸（Glycyrrhetinic acid、GA）和桦木酸（Betulonic acid、BTA），通过超分子共组装方法设计并制造了一系列基于生物活性NSM的新型NMC，为共组装纳米药物的制备和其他生物活性NSM相互作用的组装工艺提供了参考、为NSM的生物活性纳米载药给药系统提供了范例、证明NSM对宿主具有固有的生物活性，并且它们是很有前途的候选药物载体。在此基础上，还为构建用于精密治疗的纳米自组装材料提供了新的视角。相关成果已相继发表在ACS Applied Materials & Interfaces、Biochemical Pharmacology和New Journal of Chemistry。

文章一

      具有自组装特性的天然小分子（NSM）药物由于其固有的生物安全性和药理活性，不需要复杂的结构修饰过程，在生物医学领域应用中具有很大的吸引力。然而，具有药理作用的药物载体的开发还不够成熟。首先并不是所有的NSM都能自组装成具有特定形态和尺寸的药物载体，或具有良好的药理活性；其次，大量研究表明，构建具有“药理活性”的药物载体通常需要进行化学修饰，这会增加复杂性（设计、合成、分离和提纯）和成本（产率低，原料昂贵），并带来未知的生物相容性、代谢紊乱和载体诱导的毒性（多器官炎症）等潜在问题，严重限制其临床应用。虽然大量的无毒纳米载体不断被开发和应用，但它们都是非生物活性材料。因此，迫切需要开发一种有效、方便的基于NSM的纳米载体制备策略，以解决纳米载体形态尺寸不合适、药理活性不明显等问题。

      本文通过超分子共组装策略，首次开发出一系列具有多种药理活性的纯NSM纳米载体。具有代表性的齐墩果酸-甘草次酸纳米粒子（OA-GA NPs）研究结果表明，OA和GA具有协同作用，能显著提高肿瘤治疗效果；可负载紫杉醇（Paclitaxel、PTX），载药量高达15%，与OA-GA NPs相比，OA-GA-PTX NPs的抗肿瘤活性进一步提高，符合临床联合用药的原则。此外，与其他药物载体相比，这些NPs由于OA和GA都具有良好的保肝和抗炎活性，在预防保健方面具有独特的优势，与PTX共给药可有效减轻PTX所致的肝损伤。

      综上所述，共组装是构建基于NSM的“多生物活性”给药系统的一种有效策略，打破了药理活性化合物不能直接应用的缺点，增强了药物载体的药理活性，提高了抗肿瘤疗效，减缓了化疗药物的副作用和长期使用非生物活性纳米载体带来的额外毒性。这为制备“药理活性”纳米载体提供了新的视角，为共组装纳米药物的制备和其他生物活性NSM相互作用的组装工艺提供了参考。

 胞细摄取OA-GA-PTX NPs的能力及RhB标记的OA-GA NPs在体内的生物分布。a-b、OA-GA-Ce6 NPs与4T1和MCF-7细胞孵育不同时间的代表性图像（a表示4T1细胞，b表示MCF-7细胞）(×400)；c、流式细胞术分析细胞吞噬OA-GA-Ce6 NPs的功能；d、流式细胞术分析荧光染料在细胞内的释放情况；e、博鹭腾多模式动物活体成像系统拍摄的特定时间点NPs在肿瘤的分布；f、注射RhB标记的OA-GA NPs后不同时间点安乐死4T1荷瘤小鼠肿瘤和正常组织的体外荧光成像。

文章二

      乳腺癌是世界上发病率最高的癌症之一。在乳腺癌的治疗中，紫杉醇（PTX）是最优秀的天然抗癌药之一；然而，PTX的副作用和生物利用度低限制了其临床应用。纳米制剂作为一种药物释放系统被广泛应用于提高药物的生物利用度和治疗活性。最近的研究发现，基于具有自组装特性的天然小分子（NSM）纳米给药系统显示出优异的生物活性。桦木酸（BTA）是一种天然的五环三萜羧酸，具有良好的抗肿瘤活性，对正常细胞具有高剂量耐受性。

      本文基于NSMs的超分子共组装纳米递送系统，开发了基于BTA和PTX的超分子共组装纳米粒子（NPs）。该共组装纳米粒子既具有纳米粒子的特性，又具有NSM的活性。体内外研究结果表明，这种共组装策略综合了纳米递送系统和联合治疗的优点，不仅可以通过BTA和PTX不同的抗肿瘤机制产生协同抗肿瘤作用，而且可以通过增强通透性和滞留（EPR）效应来实现精确的药物靶向和提高PTX的生物利用度。此外，BTA的使用提高了NPs的生物安全性，降低了其对正常组织器官的毒性。更重要的是，通过超分子共组装构建药物传递系统的方法解决了单组分自组装形态不合适的问题，为制备具有新形貌特征的纳米颗粒提供了新的思路，为构建基于NSM的生物活性纳米载药给药系统提供了范例。

   BTA-PTX NPs细胞体外摄取和体内生物分布。a、荧光倒置显微镜观察4T1细胞摄取BTA-PTX NPs，摄取量随时间增加(×400)；b、流式细胞术定量研究4T1细胞摄取BTA-PTX NPs情况；c、将荧光标记的BTA-PTX NPs经尾静脉注射到小鼠体内，博鹭腾多模式动物活体成像系统监测NPs的肿瘤靶向性；d、肿瘤和正常组织的体外荧光成像，NPs主要积聚在肾脏和肿瘤组织；e、给药后血药浓度-时间曲线，BTA-PTX血药浓度明显高于PTX。

文章三

      化疗一直是大多数肿瘤患者不可或缺的治疗手段，但是几乎所有化疗药物都会对肝有不同程度的损伤，且对胃肠道还有很强的副作用。纳米药物载体系统的研发和应用为肿瘤的治疗开辟前所未有的新机遇，然而载体存在潜在的毒性风险，会增加肝脏的负荷。齐墩果酸(OA)在中国药用植物中大量存在，作为一种重要的天然药物，具有抗氧化、抗肿瘤和保肝等作用。

      为了减缓化疗药物所致的肝脏损伤，降低纳米毒性的潜在风险，本文以齐墩果酸为组成单元，通过超分子共组装包封紫杉醇(PTX)，构建了一种生物活性纳米药物载体（NMS）给药系统。体内外研究结果表明，该系统OA和PTX维持各自独特的生物活性单位，具有协同抗肿瘤作用。由于OA的保肝活性，PTX引起的肝损伤明显减少。此外，制备的纳米药物载药量高、靶向性好、生物相容性好、体内毒性低，保证了肿瘤治疗的有效性和机体的安全性。这些结果证明了天然小分子（NSM）对宿主具有固有的生物活性，并且它们是很有前途的药物载体候选。

 MCF-7细胞摄取OA-PTX NPs的能力及RhB标记的OA NPs在荷瘤小鼠体内的分布。a、不同孵育时间OA-Ce6 NPs与MCF-7细胞的代表性图像（×400）；b、流式细胞仪分析细胞吞噬OA-CE6 NPs的情况；c、流式细胞术分析荧光染料在细胞内的释放情况；d、博鹭腾多模式动物活体成像系统拍摄的特定时间点NPs在肿瘤的分布；e、注射RhB标记的OA NPs后不同时间点安乐死4T1荷瘤小鼠肿瘤和正常组织的体外荧光成像。

文章四

      用于联合治疗的多药给药系统已被认为是一种很有前途的肿瘤治疗策略。光动力疗法（Photodynamic therapy、PDT）是用光敏药物和激光活化治疗肿瘤的一种精密治疗方法；在光动力疗法中，氯化物e6（Chlorin e6、Ce6）具有高效的抗癌作用，是一种应用广泛的光敏剂。传统化疗药物和Ce6组成的无载体纯纳米微球给药系统（化疗-光动力疗法）疗效显著，但是存在毒副作用大，给临床应用带来巨大的挑战。萜类天然小分子（NSM）具有抗癌、抗炎、抗菌、纳米功能化等生物活性，由于目前缺乏对NSM作为药物载体的认识和实用性，限制了其在生物医学上的应用。

      为了开发基于具有抗癌活性的纳米粒子和光敏药物Ce6的肿瘤治疗策略，本文通过超分子共组装策略，报道并开发了一系列无载体萜类天然小分子介导的共组装光敏药物，用于增强和协同化疗/光动力学治疗。具有代表性的桦木酸修饰的BC-Ce6 NPs的研究结果表明，组装的纳米药物通过I型光反应机制生成ROS；同时，表现出多种良好的治疗特性，肿瘤消融率高达93.6%，实现了肿瘤的体内外化疗/光动力联合治疗的显著增强和协同消融作用。这项工作不仅突出了NSM作为新型药物输送平台的潜力，而且也为构建用于精密治疗的纳米自组装材料提供了新的视角。

BC-Ce6 NPs在体内的血液循环和生物分布情况。A、静脉注射BC-Ce6 NPs或游离Ce6后血液中Ce6的浓度-时间分布；B、博鹭腾多模式动物活体成像系统拍摄的静脉注射4T1荷瘤小鼠BC-Ce6NPs或等效浓度Ce6后的体内荧光图像；C、B内肿瘤部位的平均荧光强度；D、注射24小时后采集的主要器官和肿瘤的体外荧光成像；E、D中从体外器官获得的荧光强度。