纳米颗粒(nanoparticle)为粒径0.1~100 nm的颗粒。Whitesides^[1]认为: 纳米颗粒的合适尺寸在形式上应适合生物技术的需要才是关键, 而非限定于粒径0.1~100 nm。美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)定义: 在疾病治疗、诊断、监控以及生物系统控制等方面应用纳米技术研制的药物称为纳米药物, 其表面经过生物或理化修饰后可具有靶向性, 即成为靶向纳米药物^[2]。

基于纳米药物特有的性质, 决定了其在药物和基因运输方面具有以下几个优点: ①缓释药物, 提高血药浓度, 延长药物作用时间; ②减少药物降解, 提高药物稳定性; ③保护核苷酸, 防止其被核酸酶降解; ④提高核苷酸转染效率; ⑤建立新的给药途径^[3]。而靶向纳米药物除这些固有优点外, 还具有以下优点: ①可达到靶向输送的目的; ②在保证药物作用的前提下, 减少给药剂量, 从而进一步减少或避免药物的不良反应。

由于药物作用于人, 所以要求载药材料无毒、生物相容性好、可生物降解。其主要分为两大类: 一类是天然材料, 以脂质体为代表。脂质体作为药物载体, 具有使药物靶向网状内皮系统、延长药效、降低药物毒性、提高疗效、避免耐受性、改变给药途径等优点, 特别是作为基因转移的有效载体, 具有病毒类载体无法比拟的优点。近年来, 人们还研制出长循环脂质体、前体脂质体、聚合膜脂质体等新型脂质体以提高脂质体的稳定性, 设计开发了温度敏感脂质体、pH敏感脂质体、免疫脂质体、磁性脂质体等新型脂质体以提高脂质体的靶向性。另一类是合成的高分子材料, 以聚乳酸共聚乙醇[poly(D, L-lactico-co-glycolic acid), PLGA]为代表。PLGA作为高分子纳米, 其表面疏水, 宜与蛋白质、分子、基因、药物结合, 可降解材料具有良好的生物组织的相容性, 最终降解产物为水和二氧化碳, 中间产物为乳酸, 可以参加糖代谢, 不会在体内蓄积^[4]。PLGA可控药效时间一般为1~2月。其作为药物载体的优点: ①易制备、稳定; ②内核药物承载能力高, 可选择的药物范围广; ③可防止蛋白质吸附和躲避网状内皮系统的捕捉; ④通过调节PLGA组成比例, 控制粒径大小和释放速率, 能够通过生理屏障; ⑤易于表面修饰, 携带特异性的功能基团, 识别靶细胞、靶组织, 实现主动靶向治疗。将表面经理化修饰后的PLGA高分子纳米材料与靶向性分子连接, 即可制备成靶向纳米药物。

常见制备靶向纳米药物的材料有多聚物、脂质体、金属粒子、微囊、量子球、脂蛋白、白蛋白、纳米胶束等, 其制备方法基本包括两大步骤: 首先是纳米药物的制备, 主要方法有复乳法、溶剂挥发法等^[5]。磁性纳米药物可通过阴离子催化聚合法、双乳剂技术等方法制备, 而磁性微球可采用雾化、絮凝等方法获得; 然后通过理化方法将靶向性分子与纳米药物连接制成靶向纳米药物, 常见方法有碳化二亚胺法、电荷吸附法、马来酰胺基团连接法、生物素-抗生物素蛋白吸附法、蛋白A吸附法等^[6], 虽然这些方法连接效率各不相同, 但都能使靶向性分子的活性保持不变。

纳米药物作为肿瘤靶向治疗系统中的重要载体, 在肿瘤治疗研究中起着至关重要的作用, 解决了在药物的常规治疗剂量下所产生的显著不良反应, 使患者可以耐受而又未降低疗效; 同时还可解决药物对肿瘤器官的低选择性问题, 提高药物的肿瘤选择性, 减少其在非靶向部位的聚集, 从而减少药物对非靶向部位的不良影响, 降低药物治疗剂量并减少给药次数, 提高药物疗效。靶向纳米药物主要包括: 抗原或抗体靶向性药物、基因靶向性纳米药物、放射性核素靶向性纳米药物。

抗体药物(antibody-based drugs)是以细胞工程技术和基因工程技术为主体的抗体工程技术所制备的药物。抗体药物亦称为单克隆抗体治疗剂(monoclonal-antibody therapeutics)。针对特定的分子靶点(抗原), 可以制备相应的靶向抗体药物。抗体药物在感染、心血管疾患、自身免疫疾患等多种疾病的治疗特别在肿瘤治疗中有巨大的潜力与应用前景。

从分子构成来看, 抗体药物可分为三类: ①抗体或抗体片段。完整的抗体包括嵌合抗体、人源化抗体、人源抗体, 抗体片段包括Fab等; ②抗体偶联物, 或称免疫偶联物, 由抗体或抗体片段与“弹头”药物连接而成, 可用作“弹头”的物质有放射性核素、化疗药物与毒素; ③融合蛋白, 由抗体片段和活性蛋白两部分构成。纳米药物可以通过大分子物质和脂质的增强血管渗透性及滞留效应在肿瘤组织中选择性滞留, 在此效应的基础上, 靶向纳米药物通过其表面的特异性配体介导的胞吞作用, 进一步提高了纳米药物对肿瘤的靶向性。最近有研究报道, 阿霉素纳米药物可以显著减少阿霉素的不良反应^[7]。将赫塞汀[Herceptin, 针对原癌基因人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2, HER2)的重组人源化抗HER2单抗]或其衍生物(如抗赫塞汀抗体片段及其单链抗体等)与包裹阿霉素的聚乙二醇脂质体Doxil连接, 即形成一种新型靶向纳米药物——抗HER2免疫脂质体, 体外实验和荷瘤小鼠的体内实验均显示, 这种抗HER2免疫脂质体不仅可靶向过度表达HER2的乳腺癌细胞, 而且还在体内具有较长的药物半衰期和循环时间; 此外, 多种HER2阳性乳腺癌和肺癌动物模型的抗肿瘤实验证实, 与单纯的Doxil和阿霉素相比, 抗HER2免疫脂质体显示出良好的抗肿瘤活性, 能明显抑制肿瘤生长, 甚至使肿瘤消退^[8], Farokhzad等^[9]制备了一种包裹多西他奇、与抗前列腺特异性膜抗原(prostate-specific membrane antigen, PSMA)核酸适体连接的PLGA靶向纳米药物, 并证实其对高表达PSMA的前列腺癌上皮细胞具有特异的细胞毒性。

纳米药物也可用于肿瘤的基因治疗, 例如RNA治疗、DNA疫苗等^[10]。基因治疗需要借助载体将基因导入靶细胞内, 利用纳米技术输送基因可克服病毒载体引起的强烈宿主免疫排斥反应, 具有很多其他载体无法比拟的优势, 有非常好的临床应用前景。许多纳米材料均可作为基因治疗的载体, 包括脂质体或可生物降解的纳米颗粒。纳米药物表面的正电荷能与核苷酸中带负电荷的磷酸根发生静电作用, 进而形成纳米载体与核苷酸的复合物, 并通过胞吞作用进入细胞, 进一步在复合物的表面连接靶向性分子, 通过靶向性分子与靶细胞表面特异性受体的结合, 即可达到更安全、有效的靶向性基因转染。Schmieder等^[11]以聚乙二醇化聚乙烯亚胺为载体, 合成了一种包裹小干扰RNA(small inteiference RNA, siRNA)的靶向纳米药物, 其可以特异性靶向肿瘤新生血管内皮细胞表达的整合素, 并将siRNA导入肿瘤细胞, 进而抑制血管内皮生长因子受体2的表达, 抑制肿瘤血管生成。Tkachenko等^[12]在实验中发现, 核转位肽修饰的金纳米颗粒可特异性靶向人子宫颈癌Hela细胞、小鼠胚胎成纤维细胞NIH3T3和人肝癌HepG2细胞。血管内皮细胞表达的整合素α_vβ₃在血管重建和血管发生中都具有重要意义, Hood等^[13]将阳离子纳米颗粒与整合素α_vβ₃连接, 并利用其特异性将基因转染入小鼠肿瘤新生血管内皮细胞, 导致肿瘤细胞凋亡和肿瘤持续性消退。不仅如此, 还研制出了同时携带siRNA和显影剂的纳米药物^[14], 既可基因治疗又可肿瘤显影。

放射性核素靶向药物是将放射性核素同亲肿瘤的物质(如抗原-抗体)通过一定的方式结合在一起, 形成抗肿瘤免疫交联物, 对肿瘤进行定位导向诊断与治疗的一类药物。当免疫交联物进入体内时, 可经血循环源源不断输送到肿瘤部位, 经抗原-抗体反应定位于肿瘤组织, 产生持续的杀伤效应, 而正常组织、器官上的免疫交联物可随时间的推移被逐渐代谢清除, 因而具有定位攻击肿瘤, 对周围正常组织和器官毒性小、损伤少的特点。

目前常用的放射性核素靶向药物是由配体介导的, 临床上主要用¹³¹I标记间碘苄胍和(或)⁹⁰Y标记生长抑素受体的药物治疗神经内分泌肿瘤(嗜铬细胞瘤)、小细胞肺癌、乳腺癌、消化道腺癌等。对受体密集的肿瘤有较好的疗效, 尤其是对广泛和散在的转移瘤的治疗更优于其他方法。甲状腺髓样癌细胞含有与生长抑素高亲和的受体, Bodei等^[15-16]证实, ⁹⁰Y标记的奥曲肽可安全地用于甲状腺髓样癌的治疗。Valkema等^[17]采用⁹⁰Y标记的奥曲肽用于胃肠神经内分泌肿瘤的靶向治疗, 证明其可以明显缓解肿瘤患者的临床症状、延长存活率、改善生活质量。熊平等^[18]报道了一种新型的、可定位治疗肿瘤的药物——顺磁纳米铁核素, 这种顺磁纳米铁核素的平均粒径为100 nm, 具有超顺磁性、较好的放射性活度和磁导向功能, 可有效定位于靶区。Hamoudeh等^[19]亦成功制备了包裹放射性核素的PLGA高分子纳米粒, 为放射性核素的肿瘤靶向性治疗提供了新的途径, 可以使核素准确地在肿瘤部位浓集, 而正常部位无或少浓集, 大大减小了对肿瘤周围正常组织、器官的不良反应, 具有非常广阔的应用前景。

虽然纳米药物在肿瘤靶向治疗中已表现出独特的优势, 具有潜在的应用前景, 但目前大多数研究还处于动物实验阶段, 还需大量人体试验予以证明, 且需经深入研究以解决诸多问题: ①药物包裹效率较低, 纳米材料的生物相容性还有待提高; ②进一步研究、探索针对不同部位肿瘤的最佳靶向纳米药物; ③降低靶向纳米药物的生产成本, 简化生产步骤, 以期大规模临床应用; ④开展纳米药物作为单克隆抗体、多肽、激素、基因及治疗用放射性核素等载体的研究。如由纳米药物同时携带单克隆抗体和治疗用放射性核素, 通过生物导向定位, 改善放射性核素标记抗体参入肿瘤的能力, 提高放射免疫治疗中肿瘤局部放射性核素的摄取和N/NT值。又如由纳米药物同时携带亲肿瘤多肽、目的基因及治疗用放射性核素, 可实现在生物导向下, 靶向基因治疗同时进行放射性核素内照射治疗, 以更有效地杀死肿瘤细胞。