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「火星登陸計劃」招募偏向詳解 - 下一代藥物靶向遞送技術

2022-08-04


火星登陸

是一種敢於爭先、勇於探索的精神

也是復宏漢霖深化創新執着追求

「火星登陸計劃」 是由復宏漢霖發起的創新招賢榜,,,,旨在集結並攜手一群優秀的科學家,,,,以解決未滿足的臨床需求為目標,,,,直擊新藥研發、臨床診療、生物醫學研究領域最具潛力和突破可能性的焦點,,,,匯聚產學研角度的智慧,,,,配合破解生物醫藥領域挑戰,,,,探討並落地最優秀的Idea 。 。。


六大招募偏向之 

「下一代藥物靶向遞送技術」

藥物遞送技術指通過製劑方法(主要採用定製載體)實現藥物到體內靶點的轉運和釋放,,,,以提高藥物療效和降低毒副作用的技術手段 。 。。通過改變藥代動力學,,,,降低藥物毒性、增添靶點藥物積累等手段,,,,藥物遞送技術可在空間、時間、劑量等方面對藥物在體內分佈進行周全的調控[1] 。 。。作為醫、工、藥交织學科,,,,藥物遞送不僅研究藥物自己,,,,同時關注載體的設計和構建,,,,包括對藥物、載體的化學修飾和改性等,,,,是一項多環節交織融合的技術 。 。。事實上,,,,藥物遞送技術的發展是決定諸多潛在療法是否乐成上市的關鍵 。 。。

新冠疫情爆發後,,,,mRNA疫苗加速走向了臨床應用,,,,背後即是以脂質體納米顆粒(LNP)為代表的遞送技術的進步,,,,解決了核酸藥物結構不穩定、易降解等難題 。 。。现在新一代治療藥物,,,,包括卵白質多肽、單克隆抗體、細胞療法等,,,,都展現出誘人的治療潛力,,,,但新療法同時帶來更多遞送技術的挑戰,,,,怎样提高藥物穩定性、細胞攝取效率以及給藥可行性等問題成為限制新療法應用的因素 。 。。本文介紹了现在較有远景的新型藥物遞送计划,,,,並討論了未來藥物靶向遞送技術的發展偏向 。 。。


01 脂質體納米顆粒(LNP)

磷脂在水性溶劑中易呈現封閉的雙分子層,,,,形成納米标准(20-200 nm)的顆粒,,,,即脂質體納米顆粒 。 。。LNP由陽離子脂質、膽固醇、輔助磷脂和聚乙二醇化磷脂四部分組成,,,,其中陽離子脂質包括帶銨根的親水端,,,,可在酸性環境中結合氫離子帶正電,,,,通過靜電吸附作用將藥物分子包括在LNP中 。 。。在LNP被細胞內吞進入內含體後,,,,陽離子脂質可發生電離,,,,破壞內含體膜以實現藥物分子逃逸 。 。。在靜脈注射後,,,,LNP傾向於在肝臟積聚 。 。。通過在LNP外貌修飾特異性配體,,,,有望調控藥物分子的靶向遞送 。 。。


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Physiological barriers for lipid nanoparticle–mRNA (LNP–mRNA) formulations post systemic and local delivery. [2]


更有趣的是,,,,研究發現,,,,通過調整脂質的因素也可以將藥物精準遞送到靶向位點 。 。。好比,,,,美國德州大學西南醫學中心的Daniel J. Siegwart課題組發現[3],,,,通過添加稱為「SORT」(selective organ targeting)分子的因素,,,,可調控LNP在體內的器官靶向特征,,,,實現除肝臟外對肺部、腎臟、脾臟甚至上皮和免疫細胞的靶向遞送 。 。。

脂質體製劑最早在1995年即被FDA批准用於多柔比星的遞送,,,,自此脂質體載體一直處於發展中,,,,直到在新冠疫情中LNP在mRNA疫苗研究中大放異彩,,,,脂質體載體才站在遞送技術研究的風頭浪尖上 。 。。作為核酸藥物遞送的理想載體,,,,LNP不僅在mRNA,,,,也在反義寡核苷酸(ASO)和siRNA遞送中佔據主要职位 。 。。隨着LNP靶向遞送技術的不斷進步,,,,以及核酸藥物關注度的提高,,,,LNP無疑是未來藥物遞送載體的主要組成部分 。 。。

02 N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)技術

GalNAc技術是一種基於特定化學修飾的靶向遞送技術,,,,主要用於小核酸藥物 。 。。其原理是,,,,GalNAc對於去唾液酸糖卵白(ASGPR)有高親和性,,,,ASGPR主要表達在肝實質細胞外貌 。 。。因此,,,,通過在小核酸分子上偶聯GalNAc,,,,有助於其靶向結合在肝細胞上,,,,隨後在內吞作用下GalNAc核酸偶聯物被肝細胞攝取,,,,實現高度的肝靶向特異性遞送 。 。。

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GalNAc/ASGPR-Mediated Oligonucleotide Delivery to Hepatocytes[4]


GalNAc遞送技術已應用於多種肝靶向核酸藥物的遞送,,,,其優勢包括可通過皮下注射給藥、作用時效長、肝靶向特異性強、毒副作用小等 。 。。該要领现在僅在小核酸藥物尤其是siRNA的遞送上有用武之地,,,,並且由於ASGPR表達僅限於肝實質細胞外貌,,,,因此,,,,該要领的器官靶向特異性受到嚴格限制 。 。。但這无妨礙GalNAc技術在核酸藥物的遞送上饰演關鍵角色 。 。。

03 外泌體(exosome)

外泌體來源於內含體,,,,是由多泡體(MVB)與細胞膜融合後釋放到胞外的膜狀囊泡小體,,,,直徑在40-120 nm之間 。 。。作為內源性的納米載體,,,,外泌體免疫原性較低,,,,清静性高 。 。。外泌體具有磷脂雙分子層結構,,,,在外泌體外貌分佈有多肽,,,,可設計為與靶細胞上受體特異性結合,,,,從而加速外泌體在靶標位點的富集 。 。。在體內,,,,外泌體在細胞遠程通訊中饰演主要角色,,,,其可以通過體內循環穿梭於細胞和組織之間,,,,甚至具有可穿越屏障,,,,包括細胞質膜、血腦屏障等的特征 。 。。穿過血腦屏障意味着外泌體可進行中樞神經系統的給藥研究,,,,有望用於帕金森疾病、惡性膠質瘤等疑難疾病的臨床試驗中 。 。。别的,,,,外泌體具有親水性內核,,,,能有用裝載可溶藥物,,,,包括核酸、脂質、小分子、重組卵白等 。 。。


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Exosome formation and release from the endosomal pathway[5]


外泌體的應用保存諸多限制,,,,其中關鍵問題如外泌體的產量尚未滿足工業化要求 。 。。一样平常哺乳動物細胞產生的外泌體數量較低,,,,並且外泌體的純化保存困難 。 。。但考慮到外泌體誘人的應用远景,,,,對外泌體的轉化研究一直是領域中的熱點 。 。。好比,,,,一些公司開發了可對外泌體進行工程化刷新的技術平台,,,,以實現靶向性的藥物遞送 。 。。

04 核酸納米載體

核酸納米載體是指以核酸分子(DNA或RNA)為质料,,,,通過設計核酸序列指導核酸分子自組裝為二維或三維的納米結構,,,,作為藥物遞送載體的技術 。 。。

由於核酸分子的免疫原性低、可設計性強、化學可修飾性強、自身可成藥等優點,,,,核酸納米載體在前沿研究領域廣受關注 。 。。理論上說,,,,任何藥物分子只要和核酸能夠偶聯,,,,即可採用核酸納米載體進行遞送,,,,包括小分子、卵白質、多肽等 。 。。尤其是在核酸藥物的遞送中,,,,核酸納米載體更具有得天獨厚的優勢 。 。。核酸自組裝結構一样平常包括DNA瓦塊和DNA摺紙,,,,前者由短鏈相互雜交而成,,,,後者由數百條短鏈輔助摺疊一條長鏈形成[6] 。 。。由於空間大、產率高且易於設計,,,,DNA摺紙已被廣泛用於小分子或大分子藥物的遞送研究 。 。。别的,,,,通過設計DNA摺紙的形狀也能對細胞內吞進行有用調控 。 。。现在,,,,DNA摺紙藥物遞送的研究主要集中在化療藥物、核酸藥物上,,,,通過在摺紙上修飾適配體或葉酸分子等,,,,用於腫瘤等疾病的研究 。 。。


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Schematic illustration of the construction of the tumour antigen peptide/CpG loop/dsRNA-co-loaded robotic nanostructure by DNA origami [7]


值得注重的是,,,,除了自組裝納米載體外,,,,球形核酸,,,,即將核酸分子組裝在納米粒子外貌形成的三維球狀結構,,,,同樣在藥物遞送領域获得了應用,,,,其在臨床研究上的進展甚至超過了自組裝納米載體 。 。。球形核酸發明人Mirkin教授創建的公司已開展了針對惡性膠質瘤的臨床實驗,,,,採用球形核酸形式的核酸藥物跨越血腦屏障,,,,用於腫瘤治療[8] 。 。。未來,,,,核酸納米載體憑藉豐富的應用場景和可控性強的特點,,,,具有不可估量的市場远景 。 。。


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Schematic of NU-0129, a Bcl2L12-targeting, siRNA-based SNA (spherical nucleic acid) [8]


參考文獻
[1]   A. M. Vargason, A. C. Anselmo, S. Mitragotri, Nature Biomedical Engineering 2021, 5, 951-967
[2]  Hou, Xucheng, et al. "Lipid nanoparticles for mRNA delivery." Nature Reviews Materials 6.12 (2021): 1078-1094.
[3]  Q. Cheng, T. Wei, L. Farbiak, L. T. Johnson, S. A. Dilliard, D. J. Siegwart, Nat Nanotechnol 2020.
[4]  Huang, Yuanyu. "Preclinical and clinical advances of GalNAc-decorated nucleic acid therapeutics." Molecular Therapy-Nucleic Acids 6 (2017: 116-132.
[5]  Wang, Jin, Derek Chen, and Emmanuel A. Ho. "Challenges in the development and establishment of exosome-based drug delivery systems." Journal of Controlled Release 329 (2021): 894-906.
[6]  N. C. Seeman, Nature 2003, 421, 427-431.
[7]  S. Liu, Q. Jiang, X. Zhao, R. Zhao, Y. Wang, Y. Wang, J. Liu, Y. Shang, S. Zhao, T. Wu, A DNA nanodevice-based vaccine for cancer immunotherapy, Nat. Mater. 20 (2021) 421–430.
[8]  Kumthekar, Priya, et al. "A first-in-human phase 0 clinical study of RNA interference–based spherical nucleic acids in patients with recurrent glioblastoma." Science translational medicine 13.584 (2021): eabb3945.



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