載藥納米粒的腦內遞藥系統

發布時間：2005-08-11

血-腦屏障（blood-brain barrier，BBB）是由毛細血管內皮細胞形成的血液與腦組織間的屏障。它為腦組織提供了一個相對穩定的內在環境，保障了腦的正常功能。但是由于BBB的存在，多數抗生素類，抗病毒、抗腫瘤、中樞神經系統藥物以及多肽、蛋白類藥物都難以入腦?？偟膩碚f，親水性，大分子藥物難以透過BBB。一些親酯性，分子量適宜的藥物雖能透過BBB，但很快又被細胞膜上的高效外排泵（efflux pump）攝取回到血液中，因此腦內藥量甚少。為了克服BBB，目前常用的方法有：（1）通過造成血液高滲使腦毛細血管內皮細胞緊密連接瞬時開放，屏障作用消失。（2）將藥物做成適宜的親酯性前體藥物。（3）使用聚氰基丙酸酯（polyalkylcyanoacrylate, PACA）、聚乳酸（poly lactic acid, PLA）、乳酸-羥基乙酸共聚物（poly lactic-co-glycolic acid, PLGA）等材料的納米粒（nanoparticle, NP）作為載體將藥物送入腦內。目前取得明顯腦靶向效果的材料是PACA，其他材料多應用于腦內藥物的緩、控釋，腦靶向作用的報道不多。（4）以免疫脂質體為載體，脂質體表面的單克隆抗體與BBB上相應的受體發生特異性結合，啟動受體介導的胞吞運轉，從而使藥物透過BBB。（5）改變給藥途徑，例如通過鼻腔給藥。但是方法（1）可能使一些有毒有害物質在緊密連接瞬時開放期間入腦，影響中樞神經系統功能。方法（2）由于高效外排泵的存在作用不大。而方法（4）則因脂質體穩定性較差的緣故進展緩慢。近年來，學者們對NP載體日趨關注，NP表面修飾后避免網狀內皮系統吞噬，能發揮腦靶向作用，可望成為提高藥物腦內濃度的良好載體。

NP傳遞藥物入腦的研究概況

1   NP傳遞肽類藥物入腦

最早研究的以NP為載體傳遞入腦的藥物是六肽化合物dalargin(Tyr-D-Ala-Gly-Phe-Leu-Arg)。這是一種類似腦啡肽的物質，具有中樞鎮痛作用。KREUTER等以小鼠彈尾試驗（tail-flick）檢驗了不同dalargin溶液靜注后的鎮痛效果。試驗組所用注射液是載有dalargin的聚氰基丙烯酸正丁酯（PBCA）NP分散液加入適量聚山梨酯80（polysorbate 80）溫浴30min制成，其中藥物濃度分別為0.25，0.50，0.75g·L-1。對照組包括dalargin溶液，聚山梨酯80和PBCA-NP兩兩簡單混合液和三者簡單混合液。結果表明，試驗組中，高濃度藥液產生了鎮痛作用，低濃度無明顯作用，所有對照組均無鎮痛作用。上述實驗證明，只有表面經聚山梨酯80修飾后的NP才能將dalargin順利輸送入腦，發揮鎮痛作用。SCHRODER等用熱板試驗（hot plate）重現了KREUTER的實驗結果，再次證實了聚山梨酯80修飾的NP是dalargin入腦的良好載體。

載有二肽化合物kytorphin(L-Tyr-L-Arg)經聚山梨酯80修飾的PBCA-NP也有中樞鎮痛效果。肽類藥物由于分子量較大通常無法透過BBB，但聚山梨酯80修飾的NP可以將dalargin這樣的多肽成功送入腦內，提示NP是多肽、蛋白質藥物發揮腦內作用的有效載體。

2   NP傳遞抗腫瘤藥物入腦

由于BBB的存在，許多抗腫瘤藥物入腦困難，這不僅對腦部腫瘤治療效果差，而且大量藥物停留在正常組織，全身性不良反應大。YANG等以喜樹堿（camptothecin）為模型藥物，利用NP做載體研究腦內抗腫瘤藥物傳遞系統。他們采用高壓均相法制備了載藥的固體脂質NP（CA-SLN），其中含喜樹堿0.1%，硬脂酸（stearicacid）2.0%，大豆卵磷脂（soybean lecithin）0.5%，表面用泊洛沙姆（poloxamer）188修飾。通過小鼠尾靜脈注射（靜注）藥物后，在不同時間摘眼球取血并取不同器官勻漿，研究了小鼠體內的分布情況。結果不同劑量的CA-SLN腦內平均滯留時間（MRT）均遠高與對照組。同樣，他們還研究了口服給藥后，藥物的體內分布情況，結果NP顯著提高了喜樹堿的腦內濃度，并且腦內生物利用度在所有研究器官中最高。

GULYAEV等研究了多柔比星（doxorubicin）4種制劑靜注后在大鼠體內的藥動學情況，分別是多柔比星鹽溶液，多柔比星鹽溶液聚山梨酯80，載藥的PBCA-NP，聚山梨酯80修飾的載藥PBCA-NP。給藥不同時間后測定動物血漿、肝、脾、腎、肺、心、腦中的藥物濃度。結果2種多柔比星NP都可以防止藥物在心臟內的積蓄，1h后藥物在心臟中已經檢測不到。而只有聚山梨酯80修飾PBCA-NP能將藥物送入腦內，并獲得可觀的腦內藥物濃度。給藥后2～4h腦內藥物濃度達到高峰。NP載體既降低了藥物的心臟毒性，又能使藥物入腦，顯示出良好的靶向作用。

3   NP傳遞抗病毒藥物入腦

齊多夫定[zidovudine，昔名疊氮胸苷（azidothymidine, AZT）]是一種重要的抗病毒藥物，尤其在艾滋病治療中作用顯著。艾滋病毒能感染腦部，因此腦也是AZT的靶器官。AZT雖然能通過BBB，但是很快被清除出腦。LÖBENBERG等研究了AZT-NP口服給藥后的體內分布。NP材料是聚氰基丙烯酸已酯，表面修飾劑是二（2-乙基已基）磺基丁二酸鈉，AZT經14C標記。通過小鼠管飼法給藥，觀察了藥物分布情況。結果，14C標記的AZT-NP口服1h后的腦內濃度比AZT溶液高33%。不僅如此，在以后的觀察時間內，這種濃度的提高一直持續。實驗證明，NP提高了AZT口服給藥后的腦內濃度。

4   NP傳遞中樞神經系統藥物入腦

ALYAUTDIN等對洛哌丁胺（loperamide）進行了研究。他們同樣運用小鼠彈尾試驗，重點考察了聚山梨酯80修飾的PBCA載藥NP靜注后藥物的鎮痛作用。以藥物濃度分別為1.8，2.7，3.6mg·kg-1的聚山梨酯80修飾的PBCA-NP為試驗制劑，以藥物濃度為3.6mg·kg-1的溶液，未修飾的NP以及藥物，NP，聚山梨酯80三者簡單混合液為對照。結果，試驗組隨劑量的增加鎮痛作用增強并持續較長時間，對照組無明顯作用，或者持續時間很短。

    N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體活性過高可導致許多中樞神經系統失常，故該受體拮抗劑有治療和預防作用。8-氯-4-羥基-1-氧代-1，2-二羥基噠嗪并[4，5-b]喹啉-5-氧化膽堿鹽（MRZ2/576）是NMDA受體拮抗劑，能發揮抗驚厥作用。但MRZ2/576的作用時間很短（5～15min），原因在于它雖能透過BBB，但很快被清除出中樞神經系統。FRIESE等嘗試了以NP為載體將MRZ2/576送入腦內，他們采用最大電休克法誘發小鼠驚厥并以該動物模型測試藥效。結果MRZ2/576溶液，MRZ2/576與NP，聚山梨酯80的簡單混合液抗驚厥作用時間都很短，15或30min后無效。靜注未經聚山梨酯80修飾的MRZ2/576NP作用時間僅延長至60min,而靜注聚山梨酯80修飾的MRZ2/576NP作用時間顯著提高到210min。這一研究表明，NP載體不僅能增加藥物對BBB的通透性，而且能使藥物在腦內持續的發揮作用，這也是NP載體又一優勢所在。
NP腦內遞藥的影響因素

1   制備材料

目前用于腦內藥物遞釋研究的納米材料主要有兩類。一類是聚氰基丙烯酸烷基酯類，另一類是固體脂質。上述絕大多數模型藥物都是以聚氰基丙烯酸烷基酯NP為載體，同時一些體外實驗也主要采用該材料。因此PACA作為腦內釋藥的納米材料比較成熟可靠。雖然固體脂質有關報道較少，但固體脂質NP作為喜樹堿的載體，同樣也能在一定程度上提高藥物腦內濃度，因此對該材料今后可多作嘗試。另外其他高分子材料比如PLGA也在研究中應用。

2   制備工藝

根據所用材料不同，目前聚氰基丙烯酸烷基酯NP制備方法主要是乳化聚合法和相界面聚合法。固體脂質NP主要用高壓均相法制備。SCHRODER等考察了制備NP過程中所使用的不同穩定劑對口服載藥NP入腦的影響。實驗模型藥物仍為dalargin。結果使用聚山梨酯85為穩定劑的載藥NP口服后能發揮作用，而以右旋糖酐（dextran）12000，泊洛沙姆188作穩定劑則口服無效。除此之外有關制備工藝對NP入腦的影響未見系統性的報道。

3   NP大小

目前，用于腦內藥物遞釋系統的聚氰基丙烯酸烷基酯NP直徑通常在200～300nm之間，均獲得較好的入腦效果。在體外實驗中，FENART等用的NP直徑為60nm。但上述所有實驗者都未報道NP直徑的影響。固體脂質NP直徑也在200nm左右。NP大小對其入腦到底有怎樣的影響仍需進一步研究。

4   NP表面修飾

NP表面如果未經任何修飾，進入血循環后大部分很快被網狀內皮系統豐富的器官如肝、脾等攝取，在循環系統逗留時間很短，因此無法大量入腦。只有表面修飾后達到長循環的效果才有可能在腦組織富集。KREUTER等研究了不同類型表面活性劑對裝載dalargin的NP入腦的影響，結果只有聚山梨酯類的表面活性劑才能引發藥物鎮痛作用，而其他表面活性劑例如泊洛沙姆，poloxamine, cremophor等都無效。此外高分子聚合物NP表面聚乙二醇（PEG）化也能使NP在血管內長循環從而一定程度上提高腦內濃度[11]。CALVO等以PEG修飾的聚氰基丙烯酸烷基酯NP作為藥物載體治療朊病毒（prion）疾病。他們誘發大鼠羊瘙癢?。╯crapie）模型，研究了未裝載藥物的空NP在疾病不同階段的腦內分布。結果，PEG化的NP在小腦和大腦左右兩個半球的濃度比普通的NP都至少高2倍?？傊?，NP表面必須有合適的修飾才能集中到腦組織，聚山梨酯80是目前最有效的修飾劑。
NP入腦的機制研究

KREUTER提出了載藥NP入腦的6點可能機制：（1）NP作載體可以使藥物吸附在腦毛細血管壁上，延長了藥物在吸收部位的滯留時間從而提高血管內外藥物的濃度梯度，有利于藥物通過血管內皮進入腦內。（2）NP產生表面活性作用，增加了血管內皮細胞膜脂質的溶解度，導致膜流動性增加，對藥物的痛透性也增加，使藥物容易透過BBB。（3）NP破壞腦血管內皮細胞緊密連接，BBB開放，藥物可以直接入腦。（4）載藥NP能被腦血管內皮細胞胞飲，在其中釋藥并將藥物傳遞入腦。（5）載藥NP可以直接穿過腦血管內皮入腦。（6）聚山梨酯80作為NP修飾物的同時可以抑制高效外排泵的作用，尤其是P-糖蛋白。這6種機制也可能聯合發揮作用。

KREUTER認為，由于吸附作用產生的濃度梯度不足以對抗高效外排泵的作用，因此機制（1）不大可能單獨作用。而只有經聚山梨酯類的表面活性劑修飾后NP才能有效的將藥物送入腦內，其他表面活性劑都不能顯著提高藥物腦內濃度。所以機制（2）成立的可能性也不大。

OLIVIER等通過建立體外BBB模型，考察14C標記的蔗糖和3H標記的菊粉在其中的通透性，研究了聚山梨酯80修飾的PBCA-NP透過BBB的機制，發現一定濃度的PBCA-NO能破壞BBB的屏障功能，使緊密連接打開，其臨界濃度應該在1.0mg·L-1到10 mg·L-1之間。同時進行裝載dalargin的PBCA-NP體內試驗，觀察大鼠給藥后的運動活性，結果給藥大鼠運動活性都有所降低。結合上述實驗，OLIVIER等認為聚山梨酯80修飾的PBCA-NP具有BBB毒性，其腦靶向機制是破壞了BBB。但是，KREUTER認為大鼠運動活性降低是dalargin的正常藥理作用，并非NP引起，而且BBB破壞是由于OLIVIER等在細胞培養過程中沒有加入血清和缺乏實驗經驗。ALYAUTDIN等考察了靜注聚山梨酯80修飾的NP以后大鼠腦內菊粉容積的變化。結果給藥后菊粉容積僅增加1%，這一結果顯示NP雖然提高了腦內菊粉的容積，但并沒有顯著破壞BBB。另外在沒有BBB的腦部區域，如腦垂體、脈絡叢，菊粉容積也增加，更能證明菊粉容積的增加是因為胞飲作用而不是BBB的破壞打開。機制（3）目前有爭議。

就目前的研究來看，最可能的機制是（4）：NP通過胞飲作用進入細胞并在其中釋藥。FENART等以牛腦毛細血管內皮細胞和大鼠星狀細胞共同培養建立了體外BBB模型，考察了BBB對帶電NP以及脂質包衣的NP的通透性，同時研究了通透性是否由于BBB緊密連接的打開。結果顯示NP直接透過BBB細胞而并非從打開的BBB空隙中穿過。他們在實驗中加入了血清，得出與OLIVIER不同的結果。KREUTER等在研究裝載dalargin的PBCA-NP入腦情況的同時，通過熒光顯微鏡和電子顯微鏡觀察，在腦血管內皮細胞中發現了NP，BORCHARD等在研究聚甲基丙烯酸酯NP透過體外BBB模型的同時也發現NP被細胞攝取。上述所有實驗都觀察到NP進入了細胞內，是機制（4）的有力實驗證據。此外FENART認為NP能被腦細胞攝取可能通過一種內源性跨細胞途徑，由腦內一些受體介導，這些受體可能是低密度脂蛋白、轉鐵蛋白、乳轉鐵蛋白受體。

研究發現載脂蛋白E（ApoE）能吸附在聚山梨酯類物質表面，因此NP經聚山梨酯80修飾后能與ApoE結合。聚山梨酯修飾的NP靜注進入血循環后很可能模擬低密度脂蛋白微粒吸附了ApoE，然后與腦內低密度脂蛋白受體結合被腦血管內皮細胞攝取。在此必須強調聚山梨酯在ApoE吸附中的重要作用，沒有聚山梨酯，NP表面將被大量其他血管內容物吸附而不是ApoE。GESSNER等觀察了NP在大鼠和人血清中吸附Apo的情況，發現NP吸附了更多的ApoA-Ⅳ,而ApoE的吸附相對較少。由此他們得出結論，NP能將足量藥物傳遞入腦不僅在于它能吸附ApoE，而且在于它能吸附ApoA-Ⅰ和ApoA-Ⅳ。NP在腦內ApoE受體作用之前先吸附ApoA-Ⅰ和ApoA-Ⅳ，能防止它被肝細胞攝取，這就保證了NP的腦靶向性。

對于機制（5），目前研究的較少。被細胞攝取后的NP很可能穿過細胞。體外觀察到低密度脂蛋白能穿過細胞，由于NP可能模擬了低密度脂蛋白，因此機制（5）可能發揮了一定的作用。

P-糖蛋白位于腦血管內皮細胞上，它發揮外排泵的作用，成為許多藥物在腦內達到治療濃度的障礙。有研究發現聚山梨酯80能抑制P-糖蛋白的作用。然而聚山梨酯80與NP的簡單混合物卻未發揮明顯效果，只有聚山梨酯80吸附在NP上才有作用。雖然與NP結合可能增加聚山梨酯80對P-糖蛋白的抑制作用，但是這種抑制作用是否顯著依然證據不足。KREUTER認為聚山梨酯80確實發揮了一定的泵抑制作用，但并非主要機制。

展望 NP不僅能增加藥物腦內濃度，而且能延長藥物腦內滯留時間。NP作為腦內藥物傳遞的載體具有較高的使用價值和研究價值。今后的工作應著力于3個方面：（1）研究確定NP腦內遞釋藥物的機制。（2）研究影響NP入腦的因素。例如NP材料，大小、形狀，制備工藝，表面修飾等。（3）嘗試更多類型的藥物，通過NP提高其腦內濃度并開發適合臨床應用的新藥。NP很可能為許多腦內疾病的治療開辟新路。

( 中國醫藥數字圖書館 )

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