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欧洲生物技术 2018：药物输送的下一步：进入细胞内部和单个细胞器 - Vladimir P Torchilin - 东北大学

弗拉基米尔·P·托奇林

许多药剂需要在细胞内递送，以对特定细胞器发挥治疗作用，以获得最大的治疗效果。对于基因和反义治疗（靶细胞核）、促凋亡药物（靶线粒体或溶酶体）的制剂来说也是如此；或用于治疗贮积病的酶（靶标溶酶体）。不同生物活性分子的细胞内递送通常是药物递送的关键问题之一。在某些情况下，细胞内药物递送可以克服严重的问题，例如癌症中的多重耐药性。然而问题是亲脂性细胞膜限制了​​各种细胞外化合物直接渗透到细胞内。在某些情况下，这些分子甚至小颗粒可以通过受体介导的内吞作用从细胞外空间进入细胞，但任何通过内吞途径进入细胞的分子/颗粒都会被捕获在内体中，并最终在溶酶体中结束，在那里发生主动降解。结果，只有一小部分完整的治疗物质出现在细胞质中并发挥其功能。 迄今为止，人们已经进行了多次但仅部分成功的尝试，将各种药物和载药药物载体绕过内吞途径直接进入细胞质，以保护药物和DNA相关物质免遭溶酶体降解。目前应用各种非侵入性方法，例如使用pH敏感载体，包括pH敏感脂质体（在内体内的低pH下使内体膜不稳定，将包埋的药物释放到细胞质中）和细胞穿透分子来解决这一问题。问题。 In many cases, to increase the stability of administered drugs, improve their efficacy, and decrease side effects, various pharmaceutical nanocarriers are used. Among the most popular and well-investigated nanocarriers are liposomes, polymeric micelles, solid lipid or polymeric nanoparticles, dendrimers and some others. Pharmaceutical nanocarriers have already a great history with quite a few of them being approved for clinical use and even more being under clinical trials. Currently, multiple attempts are under way to make pharmaceutical nanocarriers multifunctional, i.e. capable of simultaneous or sequential performing of several functions, such as for example, a specific recognition of a target cell and endosomal escape. Clearly, the ability to target individual cell organelles would be a highly desirable property.However, the specific subcellular delivery of bioactive molecules is still a challenging issue. One possible approach is the conjugation of a drug molecule or, better, a drug-loaded pharmaceutical nanocarrier with another compound having a specific affinity toward the organelle of interest. 在特异性靶向方面引起最大兴趣的细胞器中，可以提到溶酶体和线粒体。因此，使用靶向溶酶体的药物纳米载体可以显着改善治疗酶和伴侣蛋白向有缺陷的溶酶体的递送，以治疗溶酶体贮积症，而将某些药物特异性递送至线粒体可能有助于治疗各种疾病，包括神经退行性疾病神经肌肉疾病、肥胖、糖尿病、缺血再灌注损伤和癌症。 最近描述的一些方法可以说明当前在这个方向上的努力。因此，其中一些研究的目的是通过使用用各种亲溶酶配体修饰的脂质体纳米载体来实现溶酶体的特定细胞内靶向，其中十八烷基罗丹明 B (RhB) 被证明是最有效的一种。为了追踪脂质体的细胞内命运，它们装载了模型化合物异硫氰酸荧光素 (FITC)-葡聚糖 (FD) 或 5-十二烷酰氨基荧光素二-β-d-吡喃半乳糖苷 (C(12)FDG)（C(12)FDG），这是脂质体的特殊底物。溶酶体内的β-半乳糖苷酶。通过共聚焦显微镜、流式细胞术和亚细胞分级分离研究了这些脂质体的释放及其在 HeLa 细胞中溶酶体中的含量。共聚焦显微镜显示，与普通脂质体不同，RhB 脂质体与特定溶酶体标记物共定位良好。通过亚细胞分级分离分离的溶酶体的 FITC 荧光的可比性也表明，与普通脂质体相比，RhB 修饰的脂质体将 FD 递送至溶酶体的效率显着更高。这些结果通过用 C(12)FDG 负载的脂质体处理的完整细胞的流式细胞术得到证实，该细胞还显示 RhB 修饰的脂质体的溶酶体靶向性增加。因此，用溶酶体配体（例如十八烷基-RhB）修饰脂质体表面可以显着增加脂质体负载至溶酶体的递送。通过亚细胞分级分离分离的溶酶体的 FITC 荧光的可比性也表明，与普通脂质体相比，RhB 修饰的脂质体将 FD 递送至溶酶体的效率显着更高。这些结果通过用 C(12)FDG 负载的脂质体处理的完整细胞的流式细胞术得到证实，该细胞还显示 RhB 修饰的脂质体的溶酶体靶向性增加。因此，用溶酶体配体（例如十八烷基-RhB）修饰脂质体表面可以显着增加脂质体负载至溶酶体的递送。通过亚细胞分级分离分离的溶酶体的 FITC 荧光的可比性也表明，与普通脂质体相比，RhB 修饰的脂质体将 FD 递送至溶酶体的效率显着更高。这些结果通过用 C(12)FDG 负载的脂质体处理的完整细胞的流式细胞术得到证实，该细胞还显示 RhB 修饰的脂质体的溶酶体靶向性增加。因此，用溶酶体配体（例如十八烷基-RhB）修饰脂质体表面可以显着增加脂质体负载至溶酶体的递送。这些结果通过用 C(12)FDG 负载的脂质体处理的完整细胞的流式细胞术得到证实，该细胞还显示 RhB 修饰的脂质体的溶酶体靶向性增加。因此，用溶酶体配体（例如十八烷基-RhB）修饰脂质体表面可以显着增加脂质体负载至溶酶体的递送。这些结果通过用 C(12)FDG 负载的脂质体处理的完整细胞的流式细胞术得到证实，该细胞还显示 RhB 修饰的脂质体的溶酶体靶向性增加。因此，用溶酶体配体（例如十八烷基-RhB）修饰脂质体表面可以显着增加脂质体负载至溶酶体的递送。 另一种线粒体特异性配体三苯基磷 (TPP)，用于通过树枝状聚合物靶向线粒体。树枝状聚合物已成为有前景的载体，可将治疗药物、显像剂和核酸材料等多种有效负载输送到生物系统中。作者旨在开发一种新型线粒体靶向第 5 代聚酰胺胺 (PAMAM) 树枝状聚合物 (G(5)-D)。为了实现这一目标，将 TPP 缀合到树枝状聚合物的表面。G(5)-D 的一部分阳离子表面电荷通过伯胺基团的部分乙酰化而被中和。下一个，通过(3-羧丙基)三苯基溴化鏻的酸基与乙酰化树枝状聚合物(G(5)-D-Ac)的伯胺之间的酸胺偶联反应合成了靶向线粒体的树枝状聚合物。这些树枝状聚合物用 FITC 荧光标记，通过流式细胞术量化细胞关联，并在共焦激光扫描显微镜下可视化以评估线粒体靶向 体外。新开发的 TPP 锚定树枝状聚合物 (G(5)-D-Ac-TPP) 被细胞有效吸收，并表现出良好的线粒体靶向性。这种靶向线粒体的基于树枝状聚合物的纳米载体可用于成像以及选择性地将生物活性物质递送至线粒体以治疗与线粒体功能障碍相关的疾病。 对细胞内细胞器特异性靶向的兴趣也导致了追踪细胞器特异性纳米载体的细胞内命运的新方法的开发。对药物纳米载体的细胞内分布的控制需要有效且非侵入性的方法来观察它们在细胞内的情况。因此，应用拉曼显微光谱来追踪三种不同类型的阳离子脂质体的线粒体缔合，并且表明拉曼显微镜允许根据脂质体成分评估线粒体缔合的程度。 综上所述，药物纳米载体的细胞器特异性靶向正在成为药物递送的重要领域，并且细胞器靶向制剂可以显着增强当前的许多疗法。 注：这项工作部分在2018年10月11-12日在俄罗斯莫斯科举行的第21届欧洲生物技术大会上展示