长春应化所于喜飞研究员：功能化胆碱磷酸脂质体用于靶向强化癌症治疗

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近日，中国科学院长春应用化学研究所于喜飞研究员在Chemistry of Materials上首次介绍了天然磷脂分子（PC）头基取向异位的胆碱磷酸脂质分子（CP）的合成，以及在药物靶向递送中的应用，从分子水平上为靶向纳米药物递送体系的设计开拓了新思路。

作为细胞膜的重要组成成分，天然磷脂分子（PC，图1a）及其组装形成的脂质体，由于其突出的生物相容性，以及对水溶性药物、脂溶性药物、结晶类药物和生物大分子等具有优异的装载能力，而被广泛的开发应用于纳米药物递送体系。作为少数几种被FDA批准临床医用纳米药物之一，PC脂质体纳米药物几乎占据了50%的临床纳米药物市场。然而，PC脂质分子在结构上缺乏有效的修饰位点，难以进行后续的功能赋予，不足以满足个性化治疗的发展需求。同时，为了提高药物的利用效率，降低高给药剂量所带来的毒副作用，需要进一步增强病灶部位细胞对纳米药物的内化效率，从而提高胞内药物浓度，达到理想的治疗效果。

图1. 胆碱磷酸脂质分子（逆磷脂）及逆磷脂脂质体靶向给药系统：(a) 天然磷脂分子的结构示意图；(b) 逆磷脂的结构和设计示意图；(c) 逆磷脂在水溶液中组装后形成的逆磷脂脂质体（Cylipol），利用靶向肽等靶点分子功能化的逆磷脂，构建Cylipol靶向给药体系的方案。

针对以上脂质体纳米药物目前面临的困境，我们通过模仿细胞膜骨架分子（PC, 图1a），构建了其头部分子电荷取向易位的胆碱磷酸脂质分子（CP, Cylate, 图1b），并以此为基础构建胆碱磷酸脂质体（Cylipol, 图1c, 2a, 4a）靶向给药载体系统。我们采用三段合成法，设计合成了9种（北京伊诺凯科技有限公司，产品货号分别为：R11306、R11307、R11308、R11309、R11310、R11311、R11312、R11313、R11314）具有不同疏水链段和功能基团的Cylates，系统研究了它们的物理化学性能。DSC测试证明了CP脂质分子的相变温度在40 ℃附近，充分保证了脂质体膜在人体温度环境下的流动性（图2b）。另外，CP脂质体对盐浓度和pH具有很高的耐受性（图2c, 2d），表现出了优异的溶液稳定性，利于在体内稳定有效的长循环。我们进一步通过细胞溶血实验（图2e），血生化和血常规（图2f）分析证明了CP脂质体具有良好的生物相容性，为其在纳米载体中的应用奠定了坚实的基础。

图2. (a) CP在水溶液中形成粒径均一、形状规则的脂质体；(b) DSC测试证明CP脂质体的相变温度在40 ℃附近；(c) CP脂质体在不同浓度的盐溶液中以及 (d) 不同的pH条件下表现出优异的尺寸稳定性；(e) CP脂质体的溶血实验证明其优异的生物相容性；(f) CP脂质体的血生化测试分析。

另一方面，PC头基电荷的反转，保留了CP两性离子优异的生物相容性和抗污效果的同时，也赋予了其独特的生物性能。CP和PC之间的超分子相互作用增强了CP脂质体与细胞膜之间的作用，强化了细胞的内化效率，提高了药物的利用效率和治疗效果（图3a, 3b）。药代动力学分析证明了CP脂质体具有与PC类似的药代半衰期（图3c），但CP脂质体展现了增强的肿瘤富集效果（图3d），由于CP与细胞膜之间的相互作用，从而极大增强了癌症的治疗效果（图3e, 3f）。另外，我们也选取了丁炔基功能化的CP脂质分子，原位构建了叶酸修饰的靶向CP脂质体给药体系，从而靶向增强其治疗效果，证明了其优异的生物可修饰性，在个性化治疗中表现出了巨大的应用潜力。

图3. (a) 相对于PC脂质体，CP脂质体表现出增强的细胞内化效率；(b) Dox@CP脂质体具有更高的癌细胞杀伤效果；(c) CP脂质体与PC脂质体具有相当的药代半衰期；(d) Dox@CP脂质体能有效增强其在癌组织的富集，提高病灶部位的药物浓度；(e) Dox@CP脂质体表现出增强的肿瘤抑制能力，肿瘤体积和 (f) 质量得到有效控制。

此外，在此工作的基础上，我们进一步优化了CP脂质体的结构，将其应用于肿瘤的化学—免疫联合治疗。我们将阿霉素载入到CP脂质体的空腔中，并在脂质体表面用PEG连接了PD-L1抗体，该纳米粒子的直径为60纳米（图4a）。我们用绿色荧光标记CP脂质体，发现其可以插入到细胞膜中，并可在细胞膜中稳定存在48小时（图4b），这是由于CP-PC间的强相互作用导致的。在连接了PD-L1抗体后，CP脂质体可以靶向、高效抑制PD-L1高表达细胞的生长，对A549和Hela细胞的抑制效率均可以达到50%（图4c），而PC脂质体并未有抑制效果。动物实验表明，载有阿霉素和PD-L1抗体的CP脂质体对黑色素瘤的抑制效率可以高达100%，而PC脂质体为83%（图4d）。以上数据表明了CP脂质体作为化学药物—免疫试剂的联合载体具有优异的肿瘤抑制性能。

图4. CP脂质体用于化学—免疫联合治疗

细胞膜仿生的胆碱磷酸脂质体材料，设计理念源于细胞，特别在靶向修饰性、细胞内在化效率、体液稳定性、抗蛋白吸附性能和抑菌性能等方面，均超越了细胞膜的骨架分子所制备的传统PC脂质体，因此，胆碱磷酸脂质体材料在新药物研发领域将具有广阔的应用和发展前景。

相关论文发表在Chemistry of Materials和 Chemical Communications上，Johns Hopkins University School of Medicine的王文靚博士，中国科学院长春应用化学所的博士研究生李晟冉，分别为文章的第一作者，于喜飞研究员为通讯作者。

出版信息：

Chem. Mater. 2021

Publication Date: January 5, 2021

DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c04443

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemmater.0c04443

Chem. Comm. 2021

Publication Date: December 24, 2020

DOI: 10.1039/D0CC08011J

原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2021/cc/d0cc08011j

导师简介

于喜飞 研究员

http://www.ciac.cas.cn/sourcedb_ciac1_cas/cn/zjrck/yjy/202011/t20201120_5758915.html

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