PEG-DSPE在药物递送中的应用（下）：药物载体

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2023-11-06 15:14:52

PEG-DSPE在药物递送中的应用（下）：药物载体

PEG-DSPE嵌段共聚物在药物载体制备中的应用

两性的PEG-DSPE嵌段共聚物包含一个亲水的PEG段和一个疏水的DSPE段，它们可以自组装成各种胶束结构。此外，PEG-DSPE嵌段共聚物已被用于制备PEG末端修饰的脂质体，它具有生物相容性和惰性，在体内有很长的半衰期。

脂质体

传统的脂质体生物利用度低，血循环时间短，而且容易被RES吸收^[77,78]。为了克服这些困难，人们开发了一些策略，通过在脂质体的表面涂上亲水聚合物或糖脂，如PEG或单唾液酸神经节苷脂（GMI）^[79,80]。PEG具有高柔韧性、良好的亲水性、对巨噬细胞的抗吞噬作用、对免疫识别的抗性、不与蛋白质结合以及较好的生物相容性^[81-84]，这使得PEG末端修饰的脂质体的开发在药物输送方面得到广泛运用。

PEG末端修饰的脂质体作为治疗癌症和感染性疾病的被动靶向给药载体，已引起人们的广泛关注。它们在增加药物的体循环时间、将活性分子输送到作用部位以及防止健康组织受到毒性作用的损害方面优于其他载体。在制备过程中，开发长循环脂质体的关键步骤是在脂质体成分中加入合成聚合物PEG，如PEG-DSPE^[85,86]。

在脂质载体中加入PEG-DSPE可显著延长脂质体的循环寿命。Dos Santos等人^[2]证明，仅0.5mol%的PEG2000-DSPE就能显著增加1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷脂酰胆碱（DSPC）的脂质体的血浆循环寿命。2mol%的PEG2000-DSPE可完全阻止脂质体的聚集，这表明PEG2000-DSPE主要通过抑制表面相互作用，特别是通过脂质体-脂质体的聚集来减少无胆固醇脂质体制剂的体内清除和血浆蛋白的吸附。

Newman等人^[87]对PEG末端修饰的顺铂脂质体和非脂质体顺铂的药代动力学、生物分布和疗效进行了比较。他们发现，与顺铂相比，PEG末端修饰的脂质体具有更高的抗肿瘤活性、更低的肾脏毒性和更长的循环时间，并且还显示出比顺铂高55倍的分布体积、3倍的峰值血药浓度和60倍的血药浓度曲线（AUC）。此外，PEG末端修饰的脂质体治疗动物显示的肿瘤AUC比顺铂高28倍。

聚合物纳米粒

聚合物纳米粒（NPs）可以通过可生物降解的两亲性共聚物的自组装获得，具有疏水核心和亲水外壳的结构。聚合物纳米粒的核-壳结构在夹带难溶性的药物、延长循环半衰期、持续的药物释放以及带有靶向配体的功能表面的差异化给药方面是有优势的^[88,89]。最常见和最广泛使用的两亲性共聚物包含PEG-聚d,l-乳酸-聚乙二醇（PEG-PLGA）、PEG-聚乳酸（PEG-PLA）、聚己内酯（PEG-PCL）和PEG-DSPE^[90-93]。在本综述中聚合物纳米粒仅限于含有PEG-DSPE或其衍生物的纳米胶束、纳米微球和纳米微囊。

PEG-DSPE的两亲性聚合物可以自组装成胶束，并且容易修饰。有一种令人满意的聚合物纳米材料用于制备聚合物纳米粒。Gill等人^[69]通过溶剂挥发法制备了含有紫杉醇的PEG5000-DSPE胶束，并考察了其体内外释药行为。此外，还研究了PEG5000-DSPE的毒理学特性，发现聚乙二醇脂胶束在模拟肺液中具有缓释作用。通过静脉注射AUC0-12，紫杉醇在肺内的蓄积量是静脉给药的45倍，是气管内给药的3倍。同时，与其他组相比，其他非靶向组织和血浆中的紫杉醇浓度显著降低。此外，毒性研究显示，与生理盐水组相比，PEG5000-DSPE治疗组的肺损伤标志物水平没有显著增加。

Hattori和Maitani^[94]制备了基于3（N-[N′，N′-二甲基氨基乙烷]-氨甲酰基）胆固醇（DC-Chol）、FA-PEG2000-DSPE和Tween 80的叶酸连接的纳米粒，形成可注射的纳米复合物，对人类口腔和前列腺癌细胞的荧光素酶基因进行高转染。因此，该纳米载体作为前列腺癌特异性载体用于基因治疗具有潜在的应用价值。

近年来，包括配体-PEG-DSPE在内的几种纳米胶束组合已被用于抗癌治疗的主动靶向的体内外研究。具有控释/缓释性能和细胞或组织的定位靶向性。此外，细胞毒性和较高的细胞摄取量也已被证实。Han等人^[95]通过将FA-PEG-DSPE和mpeg-DSPE混合包埋在抗癌剂9-NC中，制备了叶酸偶联聚合物胶束。FA偶联胶束平均粒径小（21~24 nm），包封率高（97.6%），在体外能有效溶解9-NC，避开巨噬细胞，具有比载药MPEG-DSPE胶束和游离抗癌药物更强的抗肿瘤活性。此外，为了增加17-烯丙氨基-17-去甲氧基格尔达那霉素（17-AAG）的溶解度，降低肝毒性，开发了血管活性肠肽（VIP）接枝空间稳定磷脂纳米胶束（SSM）。结果表明，17-AAG在活性靶向VIP表面接枝的SSM中可以在治疗相关的浓度下被增溶。该给药系统通过二甲亚砜和聚氧乙烯蓖麻油有效地降低了肝毒性。然而，接枝了纳米胶束的VIP对MCF-7细胞的细胞毒性明显高于非靶向SSMS中负载的17-AAG。

微乳

微乳中含有不含水相的亲脂剂，可能是亲脂性药物输送的更合适载体。用PEG-DSPE制备的微乳在将药物输送到肿瘤方面具有许多优点，如增强了疏水药物的载药量，延长了血液循环时间，提高了生物利用度。

Shiokawa等人^[98]利用FA-PEG-DSPE构建了FA连接的微乳，用于输送亲脂性抗肿瘤抗生素和阿克拉霉素A。结果显示，FA-PEG5000连接的微乳与KB细胞的结合力是非FA微乳的200倍，而其细胞毒性非F A微乳的90倍。另外，FA-PEG连接的微乳在静脉注射24h后在实体瘤中的蓄积量是对照组的2.6倍。

Junping等人^[99]制备了长春新碱的微乳（M-VCR），并对其药代动力学、急性毒性和抗肿瘤作用进行了评价。微乳剂的油相是油酸和VCR的维生素E溶液，表面活性剂是PEG-DSPE和胆固醇。它们还表现出平均粒径小（138.1±1.2 nm），载药率高（94.6%±4.7%），稳定性好。M-VCR组的血浆AUC显著高于游离VCR组（F-VCR），肿瘤AUC0.08-12h也显著高于F-VCR组。同时，在M5076肿瘤携带的C57BL/6小鼠中，M-VCR的毒性较小，抗肿瘤作用优于F-VCR。

脂质聚合物混合纳米粒

聚合物混合纳米粒由一个疏水的聚合物核心，如携带以持续速率释放的疏水性药物的PLGA，一个脂质单层，和一个通常使用由卵磷脂和PEG-DSPE组成的外冕层（图4）^[100]。纳米混合材料作为癌症治疗药物被用于化疗和放疗，这主要归功于纳米混合材料在形成具有特定尺寸、形状和其他基本特性的颗粒时的可控的工艺参数，例如能控制工艺参数以获得特定的颗粒，以绕过人体的生物/生理和免疫障碍，能够包裹和输送具有较差水溶度分布的药物，以及能够改善药物在血浆中的半衰期^[101]。

Hu等人^[59]制备了载紫杉醇的抗癌胚抗原（antiCEA）脂质聚合物混合纳米粒，用于将药物靶向递送到呈现癌胚抗原的胰腺癌细胞。由PLGA作为疏水性聚合物核心组成的脂质聚合物纳米材料包裹了疏水药物紫杉醇。这种聚合物-药物组合物被包裹在卵磷脂的脂质层中，然后作为亲水聚合物与DSPE-PEG共价偶联。结果显示，所制得的纳米粒子粒径较小（95nm），负Zeta电位较小（-55 mV），且具有良好的球形结构。他们还验证了合成的抗CEA纳米粒的靶向性，以及与非靶向纳米粒相比，它们对靶细胞的细胞毒性增强。

脂质聚合物混合纳米粒由于其生物相容性、生物降解性、缓释、功能表面、良好的血液稳定性以及最重要的是高载药量，已成为一种很有前途的药物输送平台^[100,102]。

Zhang等人^[100]以酯端修饰的PLGA为模型疏水聚合物来制备了包裹难溶药物的纳米粒的聚合物核，以卵磷脂和PEG-DSPE为模型脂，形成了PEG修饰的脂质单层。研究表明，混合纳米粒具有尺寸和表面电荷可调、载药率高、药物缓释、血清稳定性好、细胞靶向性好等特点。

为了提高多柔比星（Dox）在细胞内的蓄积和滞留，Wong等人^[103]用超声波技术构建了含有多柔比星的P-糖蛋白（Pgp）修饰的脂质聚合物混合纳米系统。结果显示，与游离的多柔比星溶液相比，Pgp脂质聚合物混合纳米粒显著增加了对Dox的摄取，显著增加了药物截留率，提示吞噬作用是Pgp膜通透性的重要途径，基于脂质的纳米粒制剂可以克服Pgp高表达肿瘤细胞的耐药性。

固体脂质纳米粒

20世纪90年代，固体脂质纳米粒（SLNs），包括乳剂、脂质体和聚合物，作为一种替代载体系统被开发出来，由于提高了胶束稳定性和工业生产适应性，固体脂质纳米粒引起了越来越多的关注^[104,105]。作为一种微粒系统，固体脂质纳米粒是指天然或合成的固体脂质，如卵磷脂、PEG-DSPE及其衍生物、甘油三酯和其他平均粒径在50-1000 nm之间的载体材料^[105]。固体核心含有溶解或分散在高熔点固体脂质基质中的疏水药物。Stevens等人^[106] 评价了FA-SLN作为光敏剂血卟啉（Hp）的亲脂性衍生物的载体。结果显示，在4℃下放置3个月后，制剂的稳定性和包封率没有变化，与非靶向SLN相比，FA-SLN在FR（+）KB细胞中的细胞毒性和细胞摄取显著增加。Kuo和Liang^[107]制备了负载Dox的阴离子SLN，包括DSPE-PEG2000-羧酸、DSPE-PEG2000与抗表皮生长因子受体（anti-EGFR）的接枝，以及其他成分。然后应用阴离子型SLN抑制恶性U87 MG细胞的增殖。结果表明，1 mM的阳离子表面活性剂和100%的CB可有效抑制恶性U87 MG细胞的增殖，显著提高Dox对U87 MG细胞的转运效率。

PEG-DSPE嵌段共聚物在药物输送中的应用

核酸的传递

随着生物技术的发展，人们发现了许多生物技术药物，其中一些已经成功地应用于临床。许多慢性疾病，如癌症和心血管功能障碍，可以利用生物技术药物进行有效的预防和治疗。核酸、RNA和DNA在治疗癌症方面显示出巨大的潜力，但将它们输送到靶部位的效率会很低。因此，需要一个给药系统来提高不稳定的大分子药物的治疗效果。目前使用的纳米载体，如脂质体、聚合物纳米粒、纳米乳和固体脂质纳米粒，已被证明可用于递送核酸^[108-110]。另外，PEG-DSPE已被广泛用于制备纳米载体，作为药物载体材料输送核酸。

近年来，脂质体介导的核酸递送备受关注，但仍存在障碍，如血液稳定性和RES吸收率低等，而且脂质体的靶向性差，严重阻碍了核酸的治疗效果^[111]。将PEG-DSPE的末端基团用配体修饰后插入脂质体中进行靶向递送，可明显延长血液循环时间，减少RES吸收，提高靶器官、靶组织、靶细胞或细胞内的生物利用度^[110，112]。

Stuart等人开发了一种用于反义寡核苷酸（AsODN）的小型、稳定、长循环的脂质体载体^[113]。抗CD19的配体与丁酸-PEG-DSPE结合在脂质体载体中。结果显示，大部分反义寡核苷酸从血液中清除，半衰期超过10h，而游离的反义寡核苷酸半衰期不到1h。抗CD19脂质体还能有效地将MDR1反义寡核苷酸导入耐药的人B淋巴瘤细胞系，并降低P-糖蛋白的活性。但非靶向性脂质体和游离的反义寡核苷酸均未显示出任何抑制作用。

基因治疗已成为治疗包括癌症在内的各种人类疾病的重要策略^[94]，但其安全性和有效性有待提高^[114,115]。因此，开发合适的载体将治疗性基因输送到靶细胞或组织具有重要意义和价值。

Hayes等人^[51]从含有水的液体单相和可溶于水的有机溶剂中构建了一种阳离子脂类-核酸纳米粒，其中脂类和DNA组分在结合之前都是分别溶解的。然后，将抗体脂质聚合物（抗HER2 scFv-PEG-DSPE）共聚物插入纳米粒中。结果显示，PEG化可以降低这些阳离子纳米粒在人类血浆中的聚集水平，并在体外选择性地靶向和转染HER2过表达的细胞，而在较高的PEG-脂质含量下不会失活。同时，这些纳米粒的尺寸相对较小，可以保护核酸，并且可以在各种条件下轻松储存。

针对核酸在生理体液中稳定性差的特点，利用核酸疗法对基因进行选择性抑制，实现了对常规药物载体无法治愈的疾病的治疗。Li和Huang^[41]开发了苯甲酰胺配体修饰的空间稳定的纳米粒子，用于将反义寡核苷酸和siRNA装载到肺癌细胞中。因此，他们在血清存在的情况下制备了稳定的纳米粒。已有研究证实，苯甲酰胺配体可使Sigma受体高表达细胞的纳米粒转运效率提高4~7倍，并具有很强的反义作用，可下调存活的mRNA和蛋白，从而抑制肿瘤细胞生长，并使肿瘤细胞对抗癌药物敏感。

核酸、蛋白质和多肽的传递

最近，正在开发的蛋白质和多肽药物已经涵盖了许多治疗领域，包括肿瘤、代谢性疾病和心血管疾病。它们的地位主要源于多肽作为药物的众所周知的优势，如特异性、有效性和低毒性。2010年，全球约60种多肽类药物的总销售额达到130亿^[116]。此外，约140种多肽类候选药物正在进行临床开发。另外，现在每年大约有17个新的多肽分子在进行临床研究，而在20世纪90年代只有大约10个左右，80年代大约只有5个^[116]。然而，生物活性蛋白和多肽作为治疗剂的开发在大多数情况下受到严重限制，因为它们缺乏口服生物利用度，稳定性差，没有特殊的靶点，并且从血液中快速清除^[117,118]。因此，根据以前的报道，选择PEG-DSPE来制备长循环脂质体，以延长蛋白质和多肽的持续时间^[118]。Lim等人^[119]在冻干过程中构建了空间稳定的磷脂纳米胶束，携带血管活性肠肽（VIP）、胰高血糖素样肽1（GLP-1）和胃抑制肽（GIP）。多肽类药物被成功冻干，由于药物和脂质干燥状态下的降解可能减少，潜在的增加这些产品的保质期。

Lajavardi等人^[120]制备了含有VIP的脂质体以提高其生物利用度和效率。结果显示，玻璃体内注射VIP脂质体24h后，眼液中的VIP浓度比注射生理盐水/VIP后高15倍。注射后，VIP与脂质体共同存在，至少14天后，VIP被巨噬细胞和中性粒细胞吞噬消化。VIP只有在配制成脂质体时才能有效地减少内毒素引起的葡萄膜炎。

为了克服连续递送的障碍，一些研究人员^[121,122]开发了连接多种不同配体的多功能修饰载体。Cheng和Saltzman^[122]使用两种不同的靶向配体进行靶向递送：（1）叶酸作为靶向配体诱导细胞表面结合和受体介导的内吞作用；（2）穿透蛋白（ANTP）作为内体逃逸配体。结果显示，叶酸通过结合细胞外叶酸受体增加载体亲和力，也通过触发受体介导的内吞作用增强了细胞的摄取。另外，ANTP通过跨质膜转运促进了细胞的摄取，但它也可能通过负电荷细胞表面碱性多肽残基之间的静电相互作用增加NP的亲和力。

疏水性药物的传输

许多重要的活性物质，如多西他赛和喜树碱的溶解度很低。在药理学方面，疏水性对药物与组织的关系有传导作用，因此这些药物的配制、增溶和稳定是需要解决的问题。在水介质中，两亲性的PEG-DSPE嵌段共聚物可以自组装成具有核-壳结构的聚合物胶束。然后将难溶的药物与DSPE的核心结合，这将增加疏水药物的浓度，提高生物利用度，并保护药物在生物介质中不失活。

为了提高脂质体在细胞内对肿瘤细胞的摄取，Xiong等人^[125]合成了RGD模拟物（RGDm），将RGDm偶联到PEG-DSPE的端基上，然后制备了空间稳定的用RGDm修饰的靶向脂质体（SSL）。由于RGDm配体在体外的细胞内吸收和共聚焦显微镜分析的DOX分布，DOX的细胞摄取量明显增加了约2倍。比较了静脉注射SSL-DOX、RGDm-SSL-DOX或游离DOX后血液、肝脏、脾脏、肾脏、心脏和肺的DOX水平。与游离DOX相比，RGDm-SSL-DOX和SSL-DOX在肿瘤的累积增加。RGDm-SSL-DOX或SSL-DOX的肿瘤AUC值是游离DOX的2倍。与SSL-DOX相比，RGDm-SSL-DOX并没有表现出明显增高的肿瘤蓄积。

Xiong等人^[39]将RGD偶联到PEG包裹的脂质体的远端，以增加肿瘤聚集并增强细胞内摄取。结果显示，RGD脂质体可以通过整合蛋白介导的内吞作用促进DOX进入黑色素瘤细胞。与脂质体-DOX相比，RGD-脂质体-DOX对黑色素瘤细胞的杀伤作用。RGD-脂质体-DOX的循环时间延长，肿瘤蓄积量增加；与SSL-DOX一样，它的脾脏摄取量明显高于脂质体-DOX。另外，与接受相同剂量的SSL-DOX、游离DOX溶液或生理盐水的患者相比，RGD-脂质体-DOX显示出有效有效的抑制肿瘤生长的作用。

总结和未来展望

如本文所述，具有良好生物相容性和两亲性特征的PEG-DSPE嵌段聚合体可以被广泛地制备成各种载体，如聚乙二醇脂质体、聚合物纳米粒、微乳、脂质聚合物混合纳米粒和脂类聚合物纳米粒。特别是，它们作为载体材料在输送核酸、蛋白质和多肽方面具有巨大的潜力。此外，PEG-DSPE的末端基团可以很容易地被激活并被配体修饰。新近开发的PEG-DSPE衍生物不仅有助于克服一些实际问题，如纳米粒在检测过程中可能发生的部分水解，而且还能提供高度特异的定量分析。

然而，纳米载体的发展仍然面临着挑战。首先，这些PEG分子对长循环有不良反应（例如，这些纳米载体的PEG成分的长效抗体反应）^[126]，加速血液清除，改变重复注射PEG载体的生物分布^[127,128]。其次，PEG-DSPE嵌段聚合物的合成很昂贵，需要准确设计嵌段聚合物以实现体内靶向，因此不适合大规模生产。因此，有必要开发可用于克服上述问题的新方法。目前正在进行更多的基础研究，以阐明PEG-DSPE嵌段共聚物及其衍生物有关体内靶细胞的作用机制。