刘庄课题组：细胞膜衍生的纳米药物在癌症治疗中的应用

相比于传统的抗肿瘤纳米药物，由细胞膜衍生的纳米药物因其优异的生物相容性和生物界面性能成为生物医学领域中的研究热点。苏州大学刘庄课题组系统地介绍了细胞膜衍生的纳米药物在癌症治疗领域中的最新研究进展，同时指出了该研究方向目前仍存在的一系列挑战以及未来的发展方向。

当今，癌症仍然是人类生命安全的一大威胁。传统的癌症治疗方法（如手术、放疗、化疗）不仅效果有限，还可能会带来严重的副作用。近年来，全球科学家对纳米颗粒在癌症治疗中的应用开展了深入研究。纳米颗粒具有许多优势：首先，其具有较高的载药效率，能靶向肿瘤并且在靶点进行药物的缓释；其次，纳米药物不仅能搭配传统的放疗、化疗等疗法，还能结合纳米颗粒本身的特性实现光动力、声动力、磁动力等新型疗法，在降低副作用的同时提高治疗效果。

然而，基于传统纳米颗粒的纳米药物目前仍然存在局限性。比如，虽然基于EPR效应（Enhanced Permeability and Retention Effect）的被动靶向存在于动物肿瘤模型中，但是对于人类肿瘤模型可能并不明显。此外，纳米颗粒与免疫系统潜在相互作用还会导致纳米颗粒被很快清除。为了实现更好的肿瘤靶向、肿瘤内渗透和药物释放控制，纳米颗粒需要与各种不同的功能成分整合，使得纳米药物制备复杂，难以进行临床转化。

2012年，张良方课题组首先报道了利用红细胞膜包裹纳米颗粒来构建药物递送系统的策略，大大提高了纳米药物的生物相容性和活体循环时间。自此，生物膜衍生的纳米药物成为了一个新的研究方向。细胞膜作为一种天然的生物材料，其获取容易，且包裹纳米颗粒的操作流程也相对简单。除了具备高生物相容性以外，不同种类的细胞膜还具有不同的特性，如癌细胞膜能使纳米颗粒主动靶向至同源癌细胞，血小板膜与红细胞膜能使纳米颗粒具备免疫逃避能力等；近期，还有研究者利用细胞分泌的天然纳米囊泡或工程化的细胞膜纳米囊泡来进行癌症治疗，本质上也是利用了生物膜的高生物相容性以及生物界面性能。由于这些特性，生物膜衍生的纳米药物在癌症治疗领域展现出巨大的应用潜力。

苏州大学刘庄教授课题组对生物膜衍生的纳米药物在癌症治疗领域的前沿进展进行了综述（见下图）。该综述重点讨论了各种细胞膜包裹纳米颗粒以及纳米细胞膜囊泡的制备方法、生物相容性、载药量、靶向性、疗效等，小结了生物膜衍生的纳米药物在癌症治疗领域的应用潜力。虽然生物膜衍生的纳米药物在纳米医学领域取得了一些有趣的进展，但仍有诸多挑战亟待解决：（1）用细胞膜包裹纳米颗粒时，细胞膜的正确朝向难以保证；（2）在对细胞膜或纳米细胞膜囊泡进行额外修饰时，可能会影响到它们的磷脂双分子层以及膜蛋白，进而使它们失去原有的功能；（3）在用细胞膜包裹纳米颗粒时，难以保证细胞膜对纳米颗粒有100%的覆盖率，使得纳米颗粒仍可能被免疫系统识别并清除；（4）生物膜衍生的纳米药物的大规模工业化生产。

未来工作中，在以下几个方面的努力将进一步推动生物膜衍生的纳米药物的发展：（1）进一步探索生物膜种类，找到具有更加独特性质的生物膜结构来进行纳米药物的设计与制备；（2）在杂交膜包裹纳米颗粒的设计中，可以尝试更多不同种类细胞膜的组合，以应对不同的疾病；（3）在细胞膜包裹纳米颗粒的操作中，可以采用专业的设备与方法，如微流控法等，提高包裹的效率与覆盖率，保证细胞膜上功能蛋白的朝向。 

详见: Lele Sun, Zijiang Xiong, Fengyun Shen, Zhanhui Wang, Zhuang Liu. Biological membrane derived nanomedicines for cancer therapy. Sci. China Chem., 2021, DOI: 10.1007/s11426-020-9943-9.

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作者简介

刘庄，苏州大学功能纳米与软物质研究院教授、博士生导师。近年来在生物材料与肿瘤纳米技术领域从事研究，围绕肿瘤诊疗中的若干挑战性问题，发展了一系列新型纳米探针用于体外生物检测与活体分子影像，并探索了多种基于纳米技术和生物材料的肿瘤光学治疗、放射治疗、与免疫治疗新策略。共发表学术论文320余篇，论文总引用超过55,000次，SCI H-index=125。2014年起连续入围Elsevier出版社发布的“中国高被引用学者榜单”（材料科学类）；2015年起连续入选美国美国科睿唯安公布的“全球高被引科学家名单”（化学、材料）。获国家杰出青年基金、基金委优秀青年基金、江苏省杰出青年基金资助。

孙乐乐，苏州大学功能纳米与软物质研究院博士后，合作导师刘庄教授，博士毕业于中国科学院上海应用物理研究所。博士后工作期间致力于功能化DNA及DNA纳米结构的生物医学应用研究，发展了多种基于功能化DNA的肿瘤免疫治疗新策略。目前以第一作者已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、Adv. Mater.等国际顶尖期刊发表多篇研究论文。获得国家自然科学基金青年项目，博士后面上项目资助。