用于向大脑内递送药物的纳米技术 | MDPI Pharmaceutics

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文章导读

向大脑内递送药物是研究人员开发有效的脑疾病治疗方法所面临的挑战之一。由于血脑屏障 (Blood–Brain Barrier, BBB) 的存在，只有小部分药物可以到达大脑。因此，要达到治疗效果，无疑需要注射更高的药物剂量，但这可能导致各种药物副作用出现。近年来，纳米医学领域的研究进展有望突破这一难关。基于此，加拿大滑铁卢大学药学院的 Shawn Wettig 教授和 Ahsan Ayub 在 Pharmaceutics 发表最新综述，收集并汇总了基于纳米医学、用于改善大脑内给药效果的药物递送系统的研究进展，包括无机纳米颗粒给药系统和有机纳米给药系统等。

图片摘要。

综述内容

1. 向大脑递送药物

血脑屏障是大脑和身体其他部分之间的一个高度选择性、选择性渗透的屏障，是机体进化出来的保护大脑的防御系统。BBB 对进入中枢神经系统和大脑的溶质、离子和分子有非常严格的选择性，这种选择性由密集的内皮细胞形成的紧密连接控制。分子需要满足特定的水/脂亲性和分子质量等要求才可以通过血脑屏障。

外来分子可以通过细胞旁 (细胞之间) 或跨细胞 (穿过细胞) 运输系统通过 BBB。如图1所示，溶质分子的跨血脑屏障途径主要有6种：通过内皮细胞之间的细胞间空间 (细胞旁转运途径)、通过内皮细胞的被动跨细胞扩散 (扩散)、通过流入型转运蛋白、通过受体介导的转细胞作用 (Receptor-Mediated Transcytosis, RMT)、通过吸收性介导的转细胞作用 (Absorptive-Mediated Transcytosis, AMT)，以及通过流出型转运蛋白 (利用流出蛋白通过载体媒介传递将不需要的分子输送回全身血液中)。

图1. 药物和其他分子穿越血脑屏障的主要方式示意图。

总的来说，98%的小分子药物 (小于 500Da) 和大分子药物 (大于 500Da) 都不能穿过 BBB；而绝大部分能穿过 BBB 的小分子药物，在中枢神经系统中没有活性。因此，研究人员设法开发新的递送系统，以改善药物穿过 BBB 的效率。向大脑或中枢神经系统输送药物的方法有病毒载体、外泌体、主动转运蛋白给药、加强细胞间转运、改造药物改善转细胞作用和纳米技术等。

2. 高效纳米给药系统的特征

对于设计纳米颗粒给药系统，最重要的因素是其安全性，也就是说，它们必须具有生物相容性和在生理环境中的稳定性。其次，较小的纳米颗粒更容易地穿过细胞膜，也更容易释放药物。再次，纳米颗粒的表面电荷是决定给药系统细胞内化的另一个主要因素，带正电荷的纳米颗粒通常有更高的细胞摄取率。除此之外，纳米颗粒给药系统的药物装载能力、可功能化程度、末端残基修饰、分子交联等特征也会影响系统的药物递送效率。

3. 无机纳米颗粒

无机纳米颗粒给药系统具有独特的物理化学特性、功能化程度丰富且容易制备、技术简单、生物相容性高，在过去20年中被广泛关注和研究。主动针对癌细胞的纳米载体在治疗大脑和中枢神经系统疾病方面前景广泛，BBB 中多种受体含量丰富，如转铁蛋白受体、胰岛素受体、低密度脂蛋白受体和瘦素受体等，因此利用受体的特异性配体进行靶向递送，可以通过受体介导的转细胞作用将药物转运过 BBB。目前已有研究进展和转化应用的无机纳米颗粒给药系统有胶体金纳米颗粒给药系统 (图2)、磁性纳米颗粒等。

图2. 胶体金纳米颗粒的示意图。

4. 有机纳米颗粒

如图3所示，聚合物胶束 (Polymeric Micelles) 呈独特的球形，由疏水部分与亲水部分分离而组成，形成了一个由外部亲水基团包围的内部疏水核心。这一性质使聚合物胶束在生理环境中保持稳定，有足够的时间到达目标组织。但是，聚合物胶束纳米颗粒的药物装在能力较低。2008年的一项研究表明，将环丙沙星封装载胆固醇结合的 PEG 形成的胶束中时，能够很容易地穿过体内模型转录激活剂 TAT 肽装饰的 BBB。其他有机纳米颗粒给药系统还包括树状聚合物、脂质体、类脂囊泡、微乳液等。

图3. 聚合物胶束模式图。

文章总结

综上所述，脑部药物输送需要解决的主要问题是 BBB，虽然已经有许多研究表明纳米颗粒给药系统具有重要作用，但仍然没有可靠的将治疗药物运送到大脑的模式。因此，必须进行进一步的研究。

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原文出自 Pharmaceutics 期刊

Ayub, A.; Wettig, S. An Overview of Nanotechnologies for Drug Delivery to the Brain. Pharmaceutics 2022, 14, 224.

MDPI 特约撰稿人：

Moon Liao 博士研究生

中国科学院上海巴斯德研究所

   Pharmaceutics 期刊介绍

主编：Yvonne Perrie, University of Strathclyde, UK

期刊领域涵盖生物制药、药物递送、药物控释、药物制剂、药物靶向、药代动力学、纳米医学、药物遗传学、药物基因组学、药效学等。

2021 Impact Factor	6.525
2021 CiteScore	6.0
Time to First Decision	15.8 Days
Time to Publication	39 Days

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