基于不同靶向策略的脑肿瘤靶向递药系统设计及评价

【摘要】脑肿瘤治疗仍然是世界性难题。脑肿瘤发病率逐年升高,但其治疗效果未见显著改善,原因在于其生长、发展的复杂性和特殊性。相比外周肿瘤,脑肿瘤的生理和病理环境具有明显差异。脑肿瘤尽管也存在一定程度的渗透性和滞留增强效应(EPR效应),但其新生血管的孔隙明显小于外周实体瘤,弱化了EPR效应。血脑屏障(BBB)是脑肿瘤治疗面临的另外一个难题。一般认为,早期脑肿瘤的BBB较为完整,中晚期脑肿瘤的BBB出现一定程度破坏,但肿瘤浸润区和转移灶的BBB仍然较为完整。近年来,随着纳米技术的发展,对脑肿瘤治疗的靶向递药研究逐年增多,但多数研究忽视了脑肿瘤生理、病理特征的复杂性,难以针对性地进行脑肿瘤的靶向递药系统研究。本文针对脑肿瘤的不同生理、病理特征,设计了三种相应靶向策略的递药系统,以期对提高抗脑肿瘤效果,降低毒副作用。本文第一章针对脑肿瘤核心区域存在一定程度的EPR效应,以能够与脑肿瘤细胞特异性结合的多肽(IL-13p)为靶向分子,设计了脑肿瘤主动靶向递药系统ILNPs:其可以先利用EPR效应分布于脑肿瘤组织,并通过靶向分子与特异性受体的相互作用提高脑肿瘤细胞对递药系统的摄取,从而增加递药系统在脑肿瘤细胞中的分布。结果表明：ILNPs能有效靶向脑肿瘤,脑肿瘤部位的分布量是普通纳米粒的1.73倍。肿瘤细胞染色发现,ILNPs在脑肿瘤部位分布的增加主要源于肿瘤细胞对其内吞量的增加,而非巨噬细胞等对纳米粒的摄取所致；在体荧光观察发现,ILNPs从肿瘤血管分布至肿瘤实质的速度和程度增加也是靶向纳米粒肿瘤分布增加的原因之一。包载多西紫杉醇后,ILNPs在体外能够诱导更多的细胞凋亡,抑制体外三维肿瘤球的生长,体积仅相当于对照组的62.5%；在体内能够有效诱导肿瘤细胞凋亡,延长荷脑肿瘤裸鼠的中位生存期1.83倍,抗肿瘤效果显著优于未修饰纳米粒和游离药物。第二章针对早期脑肿瘤及脑肿瘤浸润区和转移灶的BBB较为完整,脑肿瘤的治疗同时面对两个屏障——BBB和BTB(脑瘤屏障)的病理学特点,设计了双级靶向递药系统AsTNPs。其第一级靶向分子TGN肽能够介导递药系统透过BBB；入脑后由于第二级靶向分子寡聚核苷酸AS1411与肿瘤细胞高度亲和,能够进一步靶向递送载药系统至脑肿瘤,从而提高对脑肿瘤的靶向效果。结果表明,AsTNPs的第一级靶向分子TGN使内皮细胞对普通纳米粒NPs的摄取提高1.61倍,同时能够增加纳米粒透过内皮细胞的量：第二级靶向分子AS1411使脑肿瘤细胞对NPs的摄取量增加1.75倍,并提高NPs三维肿瘤球的渗透性；共同修饰后,AsTNPs在脑肿瘤的分布量显著增加,瘤／脑药物浓度比(2.4)显著高于NPs(1.6),脑肿瘤靶向优越性明显提升。载多西紫杉醇AsTNPs的体内外抗肿瘤效果评价显示,AsTNPs能够有效透过体外BBB模型膜并诱导脑肿瘤细胞凋亡抑制肿瘤球生长；较低药物剂量(6mg/kg给药3次)时AsTNPs即可有效延长荷原位脑肿瘤小鼠的中位生存期(相对对照组延长88%),且显著优于单修饰纳米粒,有望提高脑肿瘤的治疗效果,降低毒副作用。该靶向策略不仅适用于早期脑肿瘤,而且对于脑肿瘤的浸润区和转移灶均有较好的治疗效果。近年来的研究表明,同时杀伤肿瘤新生血管和肿瘤细胞能够达到更好的抗肿瘤效果,并能有效抑制肿瘤细胞的转移。针对这一病理学特征,设计了另一类双级靶向递药系统IRNPso该系统以能够结合整合素受体的RGD肽作为第一级靶向分子用于靶向脑肿瘤新生血管；以IL-13p作为第二级靶向分子用于向脑肿瘤细胞。结果表明：RGD修饰能够使新生血管细胞对纳米粒的摄取量提高2.53倍,IL-13p修饰使脑肿瘤细胞对纳米粒的摄取量提高1.75倍,而新生血管细胞和脑肿瘤细胞则对双级靶向的IRNPs的摄取分别提高3.00倍和2.10倍；在体内IRNPs具有良好的脑肿瘤靶向性,其在脑肿瘤的分布是未修饰纳米粒的3.82倍,且显著优于单修饰纳米粒；切片染色发现,RGD修饰纳米粒与肿瘤新生血管共定位良好,而IL-13p修饰纳米粒则主要被脑肿瘤细胞所摄取,说明该策略确实能够同时靶向脑肿瘤新生血管和脑肿瘤细胞。载多西紫杉醇IRNPs在体外可以有效诱导肿瘤细胞凋亡,半数抑制浓度为6.84ng/mL,仅是未修饰纳米粒的27.6%；在体内,其对荷脑肿瘤小鼠具有良好的治疗效果(6mg/kg给药4次),中位生存期是对照组的2.06倍,显著优于单修饰纳米粒,证明双级靶向的优越性。脑肿瘤的主动靶向和双级靶向递药系统已取得较好抗肿瘤效果,但限于目前药物研发的水平和药用辅料的缺乏,上述系统均处于基础和应用基础研究阶段,尚无法应用于临床。本文第三章针对中晚期脑肿瘤的BBB破坏,EPR效应一定程度增加,设计了一种具有较好临床应用前景的被动靶向递药系统。白蛋白纳米粒是近年来发展的新型纳米递药系统,本文将多西紫杉醇与白蛋白在体外结合,并用磷脂分散,制得多西紫杉醇白蛋白纳米粒。然而,多西紫杉醇白蛋白纳米粒的研发受限于专利问题。替尼类药物是一类分子靶向抗肿瘤药物,但其水溶性差、生物利用度低。其中拉帕替尼对乳腺癌等肿瘤具有较好的疗效,但因其脑内递药效果较差,用于脑肿瘤治疗的临床实验以失败告终。基于拉帕替尼具有很高的蛋白结合率,本文第三章创新性地制备了拉帕替尼白蛋白纳米粒(LTNPs)该纳米粒将拉帕替尼的溶解度从7μg/mL提高到大于10mg/mL,使其能够用于静脉注射。研究结果表明LTNPs相对注射混悬剂的生物利用度达320%,相对口服片剂的生物利用度为530%；LTNPs在体外能被脑肿瘤细胞摄取并抑制肿瘤细胞生长,且具有明显的浓度和时间依赖性；LTNPs在体内能被动靶向至脑肿瘤,并被脑肿瘤细胞摄取,在脑肿瘤中的浓度是口服片剂的2.19-2.76倍,具有较好的脑肿瘤靶向性；LTNPs在仅相当于口服片剂5%的剂量下即能够显著延长荷脑肿瘤裸鼠的中位生存期；急性毒性和长期毒性表明,LTNPs具有较低毒性和较好耐受性,半数致死量大于250mg/kg,且在治疗浓度下并不引起组织器官的器质性病变。机制研究表明肿瘤部位高表达的富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白可能介导LTNPs进入肿瘤,从而提高其抗肿瘤效果。该策略可以有效解决替尼类药物的溶解性和注射问题,具有良好的临床应用前景。综上所述,本文根据脑肿瘤发生、发展的规律,设计了适用于不同生理、病理特征的靶向递药系统,有效提高脑肿瘤的靶向性和治疗效果,降低毒副作用。
【作者】高会乐；
【导师】蒋新国；
【作者基本信息】复旦大学，药剂学，2013，博士
【关键词】脑肿瘤；靶向递药系统；靶向递药策略；纳米粒；多西紫杉醇；拉帕替尼；

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