基于核酸生物纳米递送的原位细胞治疗

Original 慕羽生物药论 2023-12-01

细胞疗法已经彻底改变了各种疾病的治疗，如癌症、遗传病和自身免疫性疾病。目前，大多数细胞治疗产品依赖于离体细胞工程，这需要复杂的制造工艺，并存在安全问题。原位细胞治疗的实施有可能克服目前细胞治疗的局限性，并在未来提供广泛的应用和临床可行性。多种生物材料由于其优异的生物相容性、可调的性质和对特定细胞类型的靶向递送，提供了实现体内调节的可靠方法。这里总结了用于原位细胞治疗的生物材料的最新进展，包括利用脂质纳米颗粒、聚合物、无机材料和其他生物材料进行T细胞、巨噬细胞、树突状细胞和干细胞重编程。讨论了生物材料用于原位细胞治疗的当前挑战和未来前景。

原位细胞治疗递送概述

细胞疗法已应用于临床治疗各种疾病。自2010年以来，FDA批准了几种基于T细胞、造血干细胞、祖细胞和成纤维细胞的细胞疗法，用于癌症免疫治疗、骨髓移植或其他特定疾病。尽管过继细胞治疗的疗效得到了大量临床前和临床数据的支持，并取得了良好的治疗结果，但目前的方法需要复杂的体外设计细胞以维持细胞活力和功能，这可能会导致严重的副作用，限制了细胞治疗的更广泛应用和潜在受益患者的数量。为了解决这些局限性，人们开始关注原位细胞治疗。

与过继细胞疗法相比，原位细胞疗法具有多个优点。首先，原位细胞治疗通过消除体外细胞分离、修饰和扩增的需要，简化了细胞工程的复杂过程。其次，它通过减少转染的特异性细胞的扩增时间来改善结果并加速治疗效率。第三，它降低了治疗耐药性，这可以提供一种更简单、更快的方法来产生符合个体患者对肿瘤表型多样性的要求的特异性细胞疗法。此外，原位细胞疗法不需要大手术，可以减少损伤。最后，它提高了改善患者长期健康状况的潜力。

为了实现原位细胞治疗，研究人员探索了许多基于生物材料的平台来调节活体细胞功能。生物材料，包括脂质纳米颗粒（LNP）和聚合物纳米颗粒等，表现出独特的特性，如生物相容性、生物降解性以及组织和细胞特异性。特别是，生物材料的物理和化学特性，如形态和功能组成，可以通过控制成分、粒度或表面电荷来调节。因此，生物材料可以通过不同的配体修饰增强对某些细胞的特异性靶向，并使小分子、核酸和蛋白质能够在体内递送到特定细胞中，最终实现原位细胞治疗（图1）。这些有助于将治疗剂靶向递送到不同类型的细胞，如T细胞、巨噬细胞、树突状细胞（DC）和干细胞。

▲图1 使用生物材料递送原位重新编程T细胞、巨噬细胞、树突状细胞和干细胞的示意图。

在此将概述用于原位细胞重编程的生物材料的最新进展，生物材料来设计四种特定的细胞类型：T细胞、巨噬细胞、DC和干细胞，描述了该领域目前的挑战以及生物材料在原位细胞治疗中的应用的未来方向。

01
基于T细胞的治疗

基于T细胞的疗法已被FDA批准用于治疗急性淋巴细胞白血病、淋巴瘤和多发性骨髓瘤。T细胞工程化为个性化医学开辟了新的可能性，在个性化医学中，患者的T细胞可以被基因修饰以治疗特定疾病。例如，嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法、肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）疗法，以及TCR-T疗法。然而，T细胞治疗目前的成功取决于离体工程，如慢病毒载体介导的基因转导，这引起了人们对T细胞治疗的安全性、有效性和成本的极大担忧。生物材料通过向活体T细胞靶向递送治疗剂（小分子制剂、siRNA、质粒DNA、mRNA等）提供了应对这一挑战的机会。

LNPs作为一种向原位T细胞递送核酸的生物材料显示出巨大的潜力。2010年，Kim等人开发了一种使用LFA-1整合素靶向免疫脂质体递送抗CCR5 siRNA的方法，从而在活体中选择性靶向T细胞。这种方法显示出持久的T细胞特异性基因沉默作用，并提高了对HIV感染的人源化小鼠模型的抵抗力。此后，将多种可电离脂质配制的LNP与靶向配体如抗CD4和抗CD3抗体偶联，通过递送核酸如siRNA和mRNA原位调节T细胞功能。例如，2019年，Munakata等人开发了一种含有D35（D35LNP）和A型CpG寡核苷酸（ODN）的LNP制剂。结果显示，D35LNP以CD8 T细胞依赖的方式在体内激活T细胞用于抗肿瘤治疗。2020年，Billingsley等人报道了可电离脂质（C14-4）作为LNP的一种成分，用于将CAR mRNA递送至原代人类T细胞。2022年，Rurik等人构建了T细胞靶向LNP，该LNP用抗CD5抗体进行表面修饰，并负载了编码成纤维细胞活化蛋白（FAP）-CAR的mRNA。静脉给药后，这些LNP将FAP-CAR递送至小鼠中17.5%-24.7%的脾脏T细胞。在心脏纤维化小鼠模型中，LNP给药2周后，心脏功能恢复，纤维化减轻。此外，2019年，Lokugamage等人在没有靶向配体的情况下，使用LNP将sgRNA和siRNA递送到T细胞。他们合成了16种具有不同氨基头的可电离脂质，并将其与其他脂质以不同比例混合，产生104种不同的LNP。通过封装针对绿色荧光蛋白（GFP）的sgRNA和DNA条形码，这些LNP在体内进行了高通量筛选。研究发现，含有金刚烷的LNP在脾脏T细胞中显示出高的递送效率。另有研究构建了磷脂衍生的仿生纳米颗粒（PL1），它能有效地将CD137或OX40 mRNA递送到肿瘤浸润的T细胞。PL1-OX40 mRNA与抗OX40激动剂抗体在体内激活T细胞，增强T细胞介导的癌症免疫治疗。

基于聚合物的生物材料也被研究用于体内T细胞治疗。研究人员使用了各种聚合物，包括聚乙烯亚胺（PEI）、聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）、L-苯丙氨酸聚合物，以及壳聚糖、藻酸盐和透明质酸（HA）等天然聚合物进行体内T细胞治疗。2011年，zhou等人开发了聚氨基胺（PAMAM）树状大分子作为抗病毒siRNA的递送系统，以沉默CD4，从而阻止了体内CD4+T细胞的消耗。2017年，Smith等人开发了用抗CD3e F（ab'）2片段包被的多（β-氨基酯）（PBAE）纳米颗粒，用于选择性靶向T细胞群体。这些纳米颗粒将编码194-1BBz CAR和piggyBac转座酶的质粒递送到T细胞（图2a）。在B细胞淋巴细胞白血病小鼠模型中，静脉注射纳米颗粒显示出与离体CAR-T细胞相当的抗肿瘤效果（图2b）。2020年，Parayath等人构建了用抗CD8抗体修饰的PBAE纳米颗粒，用于原位T细胞编程。这些包封CAR或TCR mRNA的纳米颗粒显示出T细胞的靶向递送和活化。在人类白血病的小鼠模型中，与过继转移离体工程T细胞相比，这种体内T细胞编程方法显示出相似水平的疾病消退。

▲图2 （a）携带聚合物纳米颗粒的T细胞靶向DNA的构建。（b）使用携带DNA的聚合物纳米颗粒原位重新编程T细胞以表达肿瘤特异性CAR。

通过配体对各种生物材料进行了修饰，可用于T细胞的体内靶向或功能调节。利用患者内源性免疫系统的生物材料原位T细胞治疗具有很好的靶向性和有效性。此外，它可以与其他现有的治疗方法如其他免疫疗法和化疗放疗相结合，以提高整体治疗效果。然而，挑战仍然存在，包括鉴定T细胞亚群的特异性表面标记物，设计生物材料的最佳物理化学性质以促进体内与T细胞的相互作用，增加T细胞中的递送，并减少其他细胞的吸收。

02
基于巨噬细胞的细胞治疗

巨噬细胞是治疗各种疾病（如癌症、炎症和感染性疾病）有吸引力的一种细胞类型。已有CAR巨噬细胞为基础的实体肿瘤临床试验启动，用于以巨噬细胞为基础细胞的治疗。巨噬细胞作为先天免疫系统的一个基本元素，一般可分为M1型（促炎）和M2型（抗炎）。由于其在不同疾病中的独特表型，巨噬细胞是原位细胞重编程的有希望的候选者。例如，将肿瘤相关巨噬细胞从M2型巨噬细胞重编程为M1型巨噬细胞可以增强免疫系统抑制肿瘤生长的能力。为了实现原位巨噬细胞治疗，研究人员已经开发了各种生物材料，用于靶向递送细胞因子、小分子或核酸，以使巨噬细胞能够在疾病部位重新编程。

2010年，甘露糖基配体修饰的阳离子固体脂质纳米颗粒（SLN）被发现可以改善体内肺巨噬细胞的主动靶向DNA递送。后来，Whitehead等人开发了几种类型的LNP，能够在小鼠的各种细胞亚型中诱导高效的基因沉默，包括巨噬细胞。2018年，Kedmi等人报道了一种通过LNP和靶向抗体之间的非共价相互作用的靶向方法。他们用重组蛋白（命名为ASSET）包被D-Lin-MC3-DMA（MC3）LNP，该蛋白可以与抗体的Fc结构域结合。通过调节特异性抗体，修饰的MC3-LNP能够靶向各种细胞类型。使用这种方法，Veiga等人表明了LNP特异性地向白细胞（Ly6c+）靶向递送FLuc和IL-10 mRNA。LNP用MC3配制，并用抗Ly6c+单克隆抗体包被。在右旋糖酐硫酸钠诱导的结肠炎模型中，这些LNP有效地诱导了抗炎细胞因子IL-10在Ly6c+炎症白细胞中的特异性表达，从而使巨噬细胞极化和症状减轻。另一项研究报道了一种甘露糖修饰的MC3-LNP包裹HMGB1 siRNA，通过甘露糖受体靶向肝巨噬细胞。在非酒精性脂肪性肝炎模型中，抑制了HMGB1蛋白的表达并改善了肝功能。除MC3外，其他脂质可用于体内巨噬细胞治疗。2018年，Luo等人利用基于阳离子脂质PEG-PLGA纳米颗粒的系统递送用于基因编辑的DNA质粒，该系统应用巨噬细胞特异性启动子在活体巨噬细胞中特异性表达Cas9和针对Ntn1的引导RNA（sgNtn1）。静脉注射后，单核细胞和巨噬细胞中只有Ntn1被敲除。在另一项研究中，Xu等人构建了阳离子LNP，以递送CRISPR–Cas9 mRNA和gRNA，从而在体内巨噬细胞中下调NOD-、LRR-和pyrin结构域3（NLRP3）的表达。静脉注射LNPs后，巨噬细胞中NLPR3基因的破坏导致与脂多糖（LPS）诱导的感染性休克和单钠尿酸盐晶体（MSU）诱导的腹膜炎相关的急性炎症减轻。此外，在高脂肪饮食（HFD）诱导的2型糖尿病（T2D）中，它提高了胰岛素敏感性并减少了脂肪组织炎症。

还有相关各种聚合物以诱导巨噬细胞极化用于疾病治疗的研究。2015年，Jain等人开发了具有编码IL-10质粒DNA的簇合肽-缀合藻酸盐纳米颗粒用于自身免疫性疾病。系统给药后，观察到纳米颗粒在关节炎大鼠的炎症关节中积聚。这些纳米颗粒将巨噬细胞从M1样表型重新编程为M2样表型，导致炎症细胞因子的下调和关节免受炎症的全面保护。2018年，Tran等人使用携带有编码IL-4的质粒DNA的HA-PEI纳米颗粒来抑制炎症，由于HA和CD44在巨噬细胞上过表达，这些聚合物纳米颗粒可以靶向巨噬细胞。2019年，张等人报道了特异性靶向M2肿瘤相关巨噬细胞的基于PBAE的纳米载体，这种纳米载体负载了编码干扰素调节因子5的M1极化转录因子和抑制剂κB激酶β（IKKβ）的mRNA，将免疫抑制M2表型重新编程为抗肿瘤M1表型。在胶质母细胞瘤小鼠模型中，mRNA纳米载体和放疗的结合使巨噬细胞能够进行基因编程，从而抑制肿瘤生长，与单独放疗相比，小鼠的存活率提高了一倍多。此外，Jin等人还研究了基于聚合物的水凝胶和微针用于体内巨噬细胞治疗，合成了一种基于阳离子多肽的蜂毒肽-RADA32-阿霉素（DOX）水凝胶（MRD水凝胶），该水凝胶在体外和体内消耗了M2巨噬细胞。最近，Gao等人开发了一种可注射的温度响应性壳聚糖聚合物水凝胶，该水凝胶负载脂质免疫调节因子5（IRF5）mRNA和C–C趋化因子配体5（CCL5）siRNA（LPR）纳米粒子，该水凝胶系统允许控制纳米颗粒的释放，这些释放的纳米颗粒上调了肿瘤组织中IRF5的表达，下调了CCL5的表达，这导致M1表型巨噬细胞的增加。2022年，Chen等人报道了水凝胶纳米递送载体复合物，该复合物在术后腔中原位产生神经胶质瘤干细胞（GSCs）特异性CAR巨噬细胞/小胶质细胞（CAR-Ms）（图3a）。水凝胶纳米递送载体是使用两亲性棕榈酰化核定位肽、pCAR、右旋糖酐、脑细胞外基质衍生肽和免疫刺激肽合成的。腔内递送后，水凝胶纳米载体将CAR基因转移到广泛分布的M2型巨噬细胞中，导致在神经胶质瘤小鼠模型中产生CAR-Ms（图3b，c）。CAR-Ms表现出M1型巨噬细胞特征，通过触发适应性抗肿瘤免疫反应，寻找并吞噬GSC，并清除肿瘤微环境（TME）中剩余的GSC。如图3d所示，水凝胶纳米载体和aCD47抗体的联合给药导致阳性免疫细胞反应的增加，从而提高了存活率并抑制了肿瘤生长。

▲图3 （a）通过水凝胶纳米载体形成CD133特异性CAR-Ms（b）肿瘤部位的M2样巨噬细胞和（c）M1样巨噬细胞（d）小鼠治疗后的存活率

巨噬细胞的极化特性为原位巨噬细胞治疗提供了优势。极化巨噬细胞具有快速直接迁移到病理部位的能力，这通过调节局部微环境和加速治疗效果使其受益，同时最大限度地减少不必要的细胞毒性和副作用。尽管原位巨噬细胞治疗仍处于临床前阶段，但它有望成为各种疾病的潜在治疗选择，包括癌症、自身免疫性疾病和炎症性疾病。然而，向巨噬细胞的递送效率是一个关键挑战。巨噬细胞通常分布在不同的组织和器官中，如肝、脾、肺和淋巴结。因此，有必要克服不同组织和细胞类型的生物学障碍。

03
基于树突状细胞的治疗

树突状细胞（DC）是一种特殊类型的抗原呈递细胞（APC），在启动和调节适应性免疫反应中起着至关重要的作用。DC可以激活细胞毒性T细胞和辅助性T细胞，这些细胞在对抗感染和癌症方面很重要。迄今为止，一种DC细胞治疗产品Provenge®已获得FDA的批准，用于治疗前列腺癌。由于来源于患者的DC在注射到体内之前需要体外激活，阻碍了基于DC的细胞治疗的广泛临床应用，包括归巢效率低，到达引流淋巴结的不到5%，低应答率，高的开发和制造成本。DC的原位激活是最大限度地提高DC细胞治疗的最佳方案，具有可调节物理化学性质和优化释放的生物材料提供了在体内将抗原、佐剂或核酸递送到DC细胞的实用策略。

20世纪90年代初，Martinon等人利用非病毒脂质体将编码抗原的mRNA递送到DC中，以刺激体内的病毒特异性细胞毒性T淋巴细胞（CTL）。2016年，Katakowski等人用体内特异性靶向小鼠CD205的scFv（一种在CD8α+DC上显著表达的表面标记物）功能化LNP，这些LNP选择性靶向活体中的CD205+DC。在LPS激活的小鼠中，注射LNP可敲除脾脏DC中近70%的特异性共刺激靶点（CD40、CD80和CD86）。最近，Huang等人开发了阳离子LNP，用于递送靶向IDO1的siRNA（siIDO），其在体内促进肿瘤引流淋巴结中的DC成熟，这种LNP治疗对癌症免疫治疗显示出强烈的抗肿瘤免疫反应。2020年，Yu等人开发了一种自组装蜂毒肽LNP，这些LNP促进了肿瘤相关抗原的释放和APC的激活，改善了CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫。在2022年，Yan等人将R848衍生的氨基脂质配制成RAL LNP，如RAL1和RAL2 LNP，其中，RAL2-LNP在体内高效地将CD40 mRNA递送到DC，促进DC成熟并诱导有效的抗肿瘤免疫应答。外泌体是另一种类型的仿生材料，与LNP类似，因为它们是脂质结合的颗粒，但来源于细胞的细胞外囊泡。外泌体也已用于体内DC细胞治疗。2020年，Elashary等人报道，DC衍生的外泌体用TGFβ-1和IL-10包封，这增加了DC成熟，募集了T调节细胞，并抑制破骨细胞介导的退行性骨丢失。

基于聚合物的生物材料也已被探索用于体内DC治疗。2014年，Heo等人开发了PLGA纳米颗粒，将poly I:C、STAT3 siRNA和卵清蛋白（OVA）抗原递送到DC，这些聚合物纳米颗粒能够克服体内肿瘤相关DC中DC的功能障碍并沉默50%STAT3。后来，Zhou等人设计了一种仿生纳米疫苗，用于改进癌症免疫治疗，纳米疫苗由载有佐剂R837的DMPC-PLGA核心组成，然后用抗原肽（αOVA）和载脂蛋白E3（ApoE3）包被纳米疫苗，以增强抗原对DC的吸收。2020年，Luo等人使用基于PEG-b-PLGA的聚合物复合来包封与自身免疫性糖尿病相关的蛋白质片段（2.5mi）、基因编辑质粒（pCas9），和三种靶向RNA（靶向CD40、CD80和CD86）（图4a，b），这种多功能纳米治疗使DC能够在1型糖尿病小鼠模型中靶向，并原位将DC转化为耐受表型。观察到2.5mi肽与MHC II+DC共定位，而pCas9/gCD80,86，40介导的基因组编辑消除了DC的共刺激因子CD80、CD86和CD40。结果，调节性T细胞（Tregs）的产生受到刺激。然后，Treg细胞释放细胞因子并保护胰腺β细胞，以诱导对1型糖尿病治疗的间接耐受。使用相同的策略，通过封装Cas9mRNA和gCD40，PEG-b-PLGA纳米颗粒促进了向DC的递送，并破坏了DC表面的共刺激分子表达，从而阻碍了T细胞的活化，在皮肤移植的小鼠模型中，这些NP减少了移植物损伤并延长了移植物存活率。

▲图4 （a）纳米药物的制备（b）恢复特异性免疫耐受的机制

因此，原位DC治疗可以选择性地靶向体内部位，诱导特异性免疫反应，向T细胞呈递抗原，并可能提供长期治疗效果。尽管DC治疗在体内具有巨大潜力，但与免疫系统相关的复杂性和多种机制可能会限制这种方法的发展。生物材料诱导的免疫耐受的持续时间尚未完全评估，持续的反应可能需要重复给药。耐受性生物材料对安全性和副作用的长期影响也需要研究。此外，具有复杂成分的生物材料在临床使用的制造过程中可能会遇到挑战。

04
基于干细胞的治疗

基于干细胞的治疗是一种重要的治疗方法，主要依靠干细胞的自我更新和分化能力来治疗各种疾病，FDA已批准了基于造血干细胞和间充质干细胞的多种干细胞治疗产品。然而，现有的干细胞治疗需要体外培养和分化，然后进行移植，这可能会带来一些挑战，如细胞存活率低和成本高。因此，可以考虑通过原位干细胞分化进行体内治疗。衍生生物材料以原位诱导干细胞分化是一种新兴的干细胞治疗方法，具有许多优点。生物材料提供了一种生物相容性平台，能够在体内定位和分化干细胞，这不需要收获干细胞。此外，使用生物材料进行体内干细胞治疗有可能解决离体制造细胞疗效和安全性相关的挑战。

已经对各种生物材料的干细胞原位活化进行了评估。LNPs已被研究用于将RNA（miRNA或mRNA）递送至间充质干细胞以诱导神经样分化。在早期工作中，合成脂质体并用载脂蛋白E（ApoE）修饰脂质体，以改善siRNA或质粒DNA向大脑的递送。这一策略有助于脂质体特异性靶向神经干细胞和祖细胞。Shi等人报道了一种通过评估CD117抗体修饰的LNP的主动靶向策略，该LNP在体内向造血干细胞（HSC）递送RNA（siRNA和mRNA）。结果表明，LNP-Cre重组酶mRNA的给药能够在小鼠中约90%的造血干细胞和祖细胞（HSPCs）中进行有效的基因编辑。此外，编辑后的细胞保持其干性和功能性，从而产生成熟的免疫细胞。合成聚合物也被研究用于体内调节干细胞。2020年，Krohn-Grimberghe等人探索了脂质-聚合物纳米颗粒，该纳米颗粒包封siRNA，用于体内造血干细胞中的基因沉默（图5a）。NichEC-15，筛选环氧化物修饰的脂质-聚合物杂化材料的先导制剂，表现出siRNA向造血干细胞的有效递送（图5b）。单次静脉给药后，负载血管生成素-1受体（Tie2）siRNA的NicheEC-15纳米颗粒诱导骨髓中Tie2体内基因表达抑制约80%。在心肌梗死的小鼠模型中，NichEC-15纳米颗粒包封了单核细胞趋化蛋白1（Mcp1）siRNA，这减少了患病心脏中白细胞的存在。Masson三色染色结缔组织显示，在用siMcp1处理的小鼠中，疤痕面积占左心室的百分比减少，导致心脏功能恢复（图5c）。2022年，El Kharrag等人利用PBAE纳米颗粒将核糖核蛋白递送到人粒细胞集落刺激因子（G-CSF）动员的CD34+造血干细胞，与电穿孔相比，利用PBAE纳米颗粒进行基因编辑显示出剂量需求减少了3倍，同时保持了类似的疗效。此外，这些PBAE纳米颗粒增强了NSG小鼠异种移植物模型中人类造血干细胞的移植能力。

▲图5 （a）通过微流体混合合成脂质-聚合物杂化材料和纳米颗粒制剂（b）在向NichEC-15注射AF647-siRNA后，在2小时内在颅骨骨髓中观察到共定位（c）NichEC-15-siMcp1处理后左心室的Masson三色染色

干细胞可以分化为特定的细胞类型，以修复受损组织并再生功能细胞。因此，原位干细胞疗法可以用于各种治疗应用，如癌症、帕金森病、糖尿病和脊髓损伤。然而，利用生物材料在体内对造血干细胞或祖细胞进行高效靶向和可及性仍然是一个巨大的挑战。

结论和观点

生物材料介导的原位细胞治疗已成为一种强有力的策略。与临床批准的细胞治疗产品相比，基于生物材料的原位细胞治疗可以最大限度地减少复杂的程序，减少不良反应，扩大患者群体，并最大限度地提高治疗适用性。因此，基于生物材料的原位细胞治疗可以提供广泛的临床应用。然而，在将原位细胞治疗引入常规临床实践之前，需要解决几个挑战。

靶向细胞中的递送效率和生物安全性是原位细胞治疗面临的主要挑战。在复杂的生理条件下，生物材料在体内递送过程中会遇到许多障碍，包括物理和生物障碍。例如，生物材料可能被蛋白质吸收以形成蛋白质冠，并被单核吞噬系统或网状内皮系统快速清除，这可能限制生物材料向靶细胞的递送效率。此外，生物材料的递送效率受到原位细胞治疗过程的其他方面的影响。一方面，特定的细胞群体（如T细胞、巨噬细胞、DC和干细胞）可能在不同的器官中具有不同的表型和亚型功能，由于缺乏特异性细胞靶向能力，生物材料向特异性细胞的递送效率可能会降低。另一方面，生物材料和特定细胞之间的相互作用也会影响递送效率。目前，大多数生物材料依赖内吞作用进行有效的细胞摄取，但某些细胞类型，如T细胞，具有降低生物材料递送效率的非吞噬特性。尽管高剂量的生物材料可以提高药物递送效率，但它们也可能有潜在的副作用，如细胞毒性和免疫反应。因此，未来原位细胞递送的主要研究方向之一是优化和修饰生物材料的性质，以提高递送效率，减少脱靶积累，提高剂量安全性。这可以通过多种方式来实现，例如，PEG可以在生物材料表面修饰，从而增加生物材料的循环时间。此外，“自身”肽如CD47或细胞膜涂层可以用于延长循环。对于原位细胞治疗，未来需要彻底了解和鉴定细胞亚群的独特特征，以提高生物材料对不同表型和亚型细胞的靶向性。可以鉴定可靠且明确的生物标志物，以在体内有效区分这些细胞。基于这些生物标志物，生物材料可以被设计为含有特定的配体、抗体、肽或适体，用于体内特定细胞的精确靶向。此外，生物材料的设计应考虑细胞摄取机制的影响。这些机制包括但不限于吞噬作用、网格蛋白介导的内吞作用、小窝蛋白介导、网格蛋白/小窝蛋白非依赖性内吞作用，大胞饮作用和受体介导的外吞作用。例如，可以将细胞穿透肽或跨膜糖蛋白修饰到生物材料上，以提高细胞摄取效率，并且生物材料还可以通过与脂质双层的亲水部分相互作用来提高细胞摄取效率。此外，生物材料也可以被设计为具有外源或内源性反应性，以允许在体内靶细胞中控制货物的释放，这可能提高安全性并减少脱靶毒性。