纳米递药系统研究进展与发展前景

目录一、纳米技术在药学领域的发展二、纳米递药系统研究进展三、进入实用的可能性四、需要解决的问题及思考五、靶向递药系统的几个重要发展方向+第一页，共68页。一、纳米技术在药学领域的发展过程1976年Birrenbach等人首先提出了纳米粒和纳米囊的概念；1977年Couvreur等人发现NP能够进入细胞，并具有溶酶体趋向性；1978年Kreuter等人用NP进行了疫苗载体的研究；1979年Couvreur等人用NP进行抗癌药物载体的研究；90年代NP的研究已成为药学领域的研究热点之一。第二页，共68页。纳米递药系统

纳米技术、纳米材料应用于药学领域产生了纳米给药系统，包括纳米载体与纳米药物纳米粒（Nanoparticles,NP）,纳米球（Nanospheres,NS），纳米囊（Nanocapsules,NC）,纳米胶束（Nanomicelle,NM）,纳米脂质体（Nano-liposomes,NL）和纳米乳剂（Nano-emulsion,NE）等

NP一般是指由天然或合成的高分子材料制成的、粒度在纳米级的（1-1000nm）固态胶体微粒第三页，共68页。纳米递药系统的主要特点

增加药物的吸收：由于NP高度分散，表面积大，并具有特殊的表面性能（如生物粘附性、电性、亲合性等），有利于增加药物在吸收部位的接触时间和接触面积，加之NP对药物具有明显的保护作用，故可提高药物的吸收和生物利用度；

控制药物的释放：由于载体材料的种类与性能（如分子量和比例等）的不同、制备NP的工艺不同以及NP的结构等不同，可以使药物具有不同的释药速度；

第四页，共68页。

改变药物的体内分布特征：NP进入体内后由于网状内皮系统的吞噬作用，可靶向于吞噬细胞丰富的肝脏、脾脏、肺和淋巴组织等，特别小NP还可进入骨髓组织。NP经抗体介导、配体介导或磁场介导等，可主动靶向靶组织；

改变药物的膜转运机制：NP可以增加药物对生物膜的透过性，如增加药物对血脑屏障和细胞膜的通透性等，有利于药物对一些特殊部位的治疗。第五页，共68页。阻碍微粒类TDDS上生产和临床的关键问题

载药量小：0.1%--14%工艺复杂：除了喷雾干燥法以外稳定性差:胶体注射剂的物理稳定性

药动学模型：需要建立新的数学模型载体材料问题：需要静脉注射的高分子材料纳米递药系统的研究已经很多，但是除了脂质体外，还没有高分子材料作为载体的纳米制剂上生产和临床。第六页，共68页。二、纳米递药系统研究进展几个重要的进展

制备工艺：乳化固化、界面缩聚、乳化聚合喷雾干燥等

载药量：达40%以上

载体材料：不可降解---可降解

体内靶向性：粒径、表面状态

药效和毒性：载体体内降解途径

临床研究：1993年德国阿霉素毫微粒1996-2000年中国108例临床研究第七页，共68页。制备方法与载药量研究

载药机理：包裹、吸附

1985年Dougles:温度、搅拌、浓度、酸化剂、电解质1989年Lenaerts:用SO2，粒径10-20nm,

1990—现在，张志荣课题组通过控制Zeta电位达-50mv以上，使载药量达到46%。第八页，共68页。载药量进展情况--------------------------------------------------------药物载体载药量（%）研究者--------------------------------------------------------胰岛素PIBCA3.12Damge氟脲嘧啶PBCA2.52潘卫三斑蟊素白蛋白1.28程宇慧阿霉素PBCA6.35Gasco伯喹PBCA4.56Douglas羟氨苄PBCA14.3Rolland--------------------------------------------------------第九页，共68页。

如米托蒽醌聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒

纳米粒药物分子载药纳米粒第十页，共68页。图米托蒽醌纳米粒的扫描电镜照片第十一页，共68页。线性方程

IDL(%)=-16.996+0.9756ZP(r=0.9996)米托蒽醌纳米粒Zeta电位与载药量的关系_________________________________________________________________TermNa2S2O3+NaCl

Na2S2O3Na2S2O4NaClKCl

_________________________________________________________________ZP(mv)-65.8-50.5-35.2-30.4-27.3ER(%)84.1262.8345.6838.2534.21IDL(%)46.7733.0117.2312.729.28_________________________________________________________________第十二页，共68页。本法的应用效果---------------------------------------------------------------药物载体载药量（%）作者---------------------------------------------------------------阿克拉霉素PIBCA44.9蒋学华庆大霉素PBCA41.7张强两性霉素BPBCA38.6郭平柔红霉素PBCA30.2彭应旭阿克拉霉素BLP40.5王章阳万乃洛韦PBCA26.3何勤氟脲嘧啶LP36.5于波涛氟脲核苷LP48.9王建新---------------------------------------------------------------第十三页，共68页。

体内靶向性研究

Lenaerts（1984）、Andrien(1989)、Verdun(1990)等研究证明了肝靶向性。证实Kupffercell摄取最多。

Dougles(1985)证实50-100nm的可进入肝实质细胞。

Gipps(1986)证实肿瘤组织中比肌肉高，随动物种类而异。

如米托蒽醌纳米粒的体内分布第十四页，共68页。米托蒽醌纳米粒在动物体内的药---时曲线第十五页，共68页。药效学研究Courveur(1984)、Kubiak(1989)、Verdun(1990)Bartoli(1990)、证实可提高抗癌药的治疗指数，降低耐药性和毒性。张志荣（2000，2009），米托蒽醌纳米粒，羟基喜树碱脂质纳米粒抗肝癌效果提高26%。第十六页，共68页。米托蒽醌纳米粒的抑瘤效果第十七页，共68页。

毒性研究

载体材料的毒性

蛋白蛋白质的抗原性：降解产物的毒性：Lenaerts(1984),PACA2条降解途径甲醛途径、酶解途径（氰基乙烯、醇）

肝脏线粒体毒性第十八页，共68页。静注米托蒽醌纳米粒后小鼠肝病理切片第十九页，共68页。Fig.1OverallsurvivalofHCCpatientstreatedwithDHAD-PBCA-NPorDHADinjectionThemediansurvivalofDHAD-PBCA-NPgroupandDHADinjectiongroupwere5.46monthsand3.23months.

临床研究第二十页，共68页。几个重要的研究热点扩大载药种类：疫苗类、蛋白类、治疗基因Kreuter(1991):HIV1Ag、HIV2AgE.Esposito(1999):cationicmicrospheresN.J.Zuidum(1999):DNA-lipidcomplexes陆彬(2002):载基因腺病毒纳米囊Leaf.Huang(2003):载基因LPD（2008）载SiRNALPD张志荣/孙逊(2006)：载基因PELGE纳米粒孙逊（2008）：载腺病毒脂质纳米粒第二十一页，共68页。

延长循环时间表面活性剂包裹：Illum等带正电荷的物质包裹，肝脏摄取减少，脾和肺增加。

亲水性物质包裹，肝、脾摄取减少。Dougles,对可生物降解的纳米粒改变不明显。

IgG包衣改变不显著缓释作用，如羟基喜树碱

第二十二页，共68页。

如羟基喜树碱纳米粒：

Table1ThepharmacokineticparamatersofHCPT-PBCA-NPinrabbitplasmafteri.v.Administration

ParameterUnitValuesStandardError

Alphal/h4.7765992.58E-01

betal/h0.0047163.38E-03

V(c)(mg)/μg/ml3.548185

t1/2alphah0.145113

t1/2betah146.992081

K211/h0.445371

K101/h0.050688

K121/h4.286256

AUC(μg/ml)*h27.800825

CL(s)mg/h

(μg/ml)0.178751

第二十三页，共68页。

增加局部靶向

热敏性--邓英杰教授、科学院成都分院、华东理工大学、清华大学、天津大学

pH敏感性--裴元英教授，纳米脂质体

表面化学修饰--如交联半乳糖白蛋白纳米球第二十四页，共68页。

如糖蛋白受体米托蒽醌白蛋白纳米球A.米托蒽醌白蛋白纳米球

B.米托蒽醌联糖白蛋白纳米球第二十五页，共68页。Time(min)

Fig2Concentration-timecurveofLiverafterDHAQ-MAand

Gal-DHAQ-AMivadministration

证实了网状内皮系统对纳米粒肝靶向分布起主导作用Distributionpercentage(%)第二十六页，共68页。

改变传输方向

如抗C-erbB-2单克隆抗体免疫米托蒽醌白蛋白纳米球第二十七页，共68页。

图免疫纳米球的制备及其与乳腺癌细胞的作用第二十八页，共68页。免疫纳米球与人乳腺癌细胞（SK-BR-3)的结合第二十九页，共68页。

胞内靶向Rolland氨卞青霉素纳米粒庆大霉素纳米粒万乃洛韦聚氰基丙烯酸酯纳米粒

第三十页，共68页。图iv万乃洛韦纳米粒后小鼠肝细胞的电镜照片

创新点：在国内初步证实了毫微粒可透过肝细胞第三十一页，共68页。改善难溶性药物溶解性质纳米粒释药系统2008年度国家973项目—张强教授张志荣教授等：喜树碱衍生物、水飞蓟滨、石蒜碱、细辛脑等脂质纳米粒，均申请发明专利。其中羟基喜树碱脂质纳米已获得发明专利授权，正在进行安全性评价研究。第三十二页，共68页。口服纳米系统：Alpar等3只大鼠结果，1.1m纳米粒，

39%出现在血循环中。

Nefzger、Spenlehauer放射标记测15%左右，但来源于降解碎片。Jani、Kukan4%在肝、脾中。

Florence（1999），用狗实验，仅3%进体内。

眼部给药纳米粒：Wood、Fitzgerald等人匹罗卡品第三十三页，共68页。三、进入临床的可能性纳米递药系统的基础和应用基础研究已相当清楚。一些难关已攻克或接近攻克。磷脂构成的纳米给药系统可望在近年内推上临床。高分子材料构成的纳米给药系统要上临床和生产，还需要走漫长的路。第三十四页，共68页。四、需要解决的问题及思考

第三十五页，共68页。

一)、纳米球的制备工艺与载药量

聚合法：催化聚合：-氰基丙烯酸正丁酯为载体；

-射线辐照聚合:丙烯酸胺为载体；K2S2O3诱导:戊二醛为载体。分散法：天然聚合物分散：明胶，白蛋白，桃胶。合成聚合物分散：聚乳酸，EC、MC、CAP。吸附法：载药机理及对载药量的影响范德化力吸附：吸附方法影响，一步法，二步法，三步法。静电吸附：zeta电位影响，米托蒽醌纳米球：包裹法：载体材料种类影响载药量。第三十六页，共68页。解决制备工艺复杂和载药量低的思路

选择适当的载体材料，聚乳酸，-氰基丙烯酸酯类，可生物降解、可静电吸附、范德华吸附、包裹。

纳米球表面包衣，如羟基喜树碱-氰基丙烯酸正丁酯纳米球。设法提高纳米球的zeta电位。制备类脂纳米粒或pharmacosomes。磷脂复合物脂质纳米粒第三十七页，共68页。

二）、纳米球临床剂型问题

1．给药途径：注射、口服、滴眼、透皮；

2．制剂学上应解决的问题。注射：稳定性（混悬均匀，不易沉降和聚沉）；口服：载药稳定性；透皮：释放速度；吸收量。滴眼：在结膜上的吸附性质。

3．思路：注射：纳米球用冻干剂，选择良好的支架剂，以利再分散。

第三十八页，共68页。

三）、纳米球剂的质量评价问题

除了常规的制剂学评价指标外，对这类制剂的特点和影响其质量的关键因素应注重以下几方面的评价：

1．粒度及其分布评价：不同粒度、靶向性及生理作用不同。

2．包封率评价：游离药物不能太多，建议以载上纳米球的药量与投药量之比来表示，不能低于80%包封率。

3．载药量评价：越大越好，建议以100mg纳米粒载带的药物量为指标。此指标据所载药物的单次剂量而定。第三十九页，共68页。

4．传输率评价：纳米球所载药物有多少能有效的传输到靶位。体外洗脱法评价，体内测定评价。5．靶向性评价：以靶向性指数（drugtargetingIndex）评价，以靶器官药时曲线下面积与血药曲线下面积之比来表示：DTI=1，平均分布，几乎无靶向性，DTI必须大于1。6．药效学评价：用常位动物模型评价。7．生物利用度评价：应以靶器官、靶细胞摄取的多少来评价，以进入血液的多少来评价是不合理的。这就需要测知靶位的药时曲线。第四十页，共68页。1.引起毒性反应的可能机制

粒子大小减小，肺毒性增大诱导过氧化，引起氧化应激干扰线粒体通透性转换孔道，诱导细胞凋亡不连续的晶格产生活性电子，与生物组织发生反应四）、纳米粒的潜在毒性问题参考文献:AndreNel,TianXia,LutzMadler,NingLi.ToxicPotentialofMaterialsattheNanolevel.

SCIENCE,VOL311,3,February,2006第四十一页，共68页。2.待考虑生物和生物动力学因素

粒子大小化学组成表明结构溶解性形态聚集性细胞摄取蛋白结合转位组织损伤第四十二页，共68页。3.建议NM的病理生理和毒理学研究实验NM效应可能的病理生理学结果活性氧簇生成实验蛋白质，DNA，细胞膜损伤，氧化应激氧化应激诱导II相酶，炎症，干扰线粒体线粒体损伤内缘膜损伤，通透性转换孔道张开，能量障碍，凋亡，坏死，细胞毒作用RES吞噬肝、脾、淋巴结蓄积，器官膨胀失调蛋白变性、降解丧失酶活性，自身－抗原性第四十三页，共68页。核摄取DNA损伤，核蛋白聚集，自抗原神经组织摄取中枢和周围神经系统的损伤巨噬细胞功能改变，“粒子过载”，调理素释放慢性炎症，纤维症，肉芽瘤，炎症物质的清楚障碍内皮细胞功能失调，对凝血的影响动脉粥样化，血栓，中风，心肌梗塞新抗原产生，破坏免疫耐受自免疫，旁效应细胞周期改变增殖，细胞周期停滞，细胞衰老DNA损伤突变，转化，癌变第四十四页，共68页。五）、载体材料问题纳米粒作为药物载体的困惑！纳米粒作为药物控释、靶向载体，已有许多报道。有口服、肌注、埋植纳米粒制剂用于临床。无血管内注射用纳米粒制剂面市。关键原因是没有可供血管内使用的药用高分子载体材料。第四十五页，共68页。药物纳米粒载体材料发展====早期应用血清蛋白等天然高分子，免疫原性问题。目前主要兴趣是聚酯类合成可生物降解聚合物，如聚乳酸（PLA）、乳酸—乙醇酸共聚物（PLGA）等。

第四十六页，共68页。PLA和PLGA的优点：降解产物无毒，生物相容性较好。分子结构中无肽链，无免疫原性。FDA已批准应用于人体内（包括肌肉注射）。缺点：毒性小分子物质渗出；血管内注射---凝血---血栓。第四十七页，共68页。

血管内注射纳米粒存在的关键问题聚合反应催化剂的毒性大。材料的血液不相容性问题。任务据材料与血液的相互作用机制，设计合成系列生物降解高分子材料，并深入研究其生物学和药剂学性质。意义可为研发血管内注射用的纳米粒材料奠定基础。可为解决药物纳米粒制剂应用的关键问题提供依据。第四十八页，共68页。六）、药物代谢动力学模型的问题

1．TDDS体内过程评价面临的问题

靶向性评价依据问题

药物曲线拟合问题，有时出现双峰现象

生物利用度评价依据问题

给药方案制定依据问题第四十九页，共68页。2．对这些问题目前国内外的解决办法

靶向指数，1986年Gupta提出：DIT=给TDDSt时间靶组织的药浓（或药量）/给普通制剂t时间靶组织的药浓（或药量）DIT=给药t时间靶组织的药量/给药t时间全身器官组织的总药量

靶器官药代动力学

第五十页，共68页。

血液药代谢动力学

1989年，RollandA阿霉素纳米球动物、人体药代动力学。国内有5-Fu纳米球；阿糖腺苷纳米球；丝裂霉素纳米球；链霉素纳米球；甲氨喋呤，顺铂纳米球。

以上这些方法的问题：测定靶器官药浓困难；用血药动力学评价不合理。第五十一页，共68页。3．思考和探讨

思路血液是通路；可以用血液为取样室。仪器的测定可行性；由血药曲线推算靶药曲线。第五十二页，共68页。

多室线性循环药代动力学模型研究

设计思路:源于肠肝循环（G.M.Pollack，1991)

推求药时函数式据血药数据求靶器官的药时曲线求靶器官的药物动力学参数第五十三页，共68页。图TDDS的多室线性循环代谢动力学模型

体内代谢动力学模型研究第五十四页，共68页。

模型的拉普拉斯表达式L(B)=(D/Vc.bcdef)/(abcdef-KaKgcdef-KaKiKjdef-KmKeKdKcKg.c-KmKeKdKcKiKj)L(T)=[D/Vc(cKg+KiKj)def]/(abcdef-KaKgcdef-KaKiKjdef-KmKeKdKcKg.c-KmKeKdKcKiKj)

a=s+Kg+Ki+Ku,b=s+Ka+Kc,c=s+Kj+Kf,d=s+Kd,e=s+Kef=s+Km,s是拉普拉斯算符。第五十五页，共68页。

模型的函数式Fb(t)=0.0011exp(-30.14t)+0.7570exp(-0.0033t)+2exp(-10.48t).[5.951cos(1.565t)-1.403sin(1.565t)]-2exp(3.534t).[0.8671cos(2.144t)-2.117sin(2.144t)]Ft(t)=3.682exp(-30.14t)+7.470exp(-0.0033t)+2exp(-10.48t).[-7.536cos(1.565t)+2.726sin(1.565t)]+2exp(3.534t).[0.8671cos(2.144t)-2.117sin(2.144t)]第五十六页，共68页。米托蒽醌纳米粒在动物体内的药---时曲线第五十七页，共68页。第五十八页，共68页。生理模型

A．设计思想：各房室之间（生理器官）之间是由血液联系在一起，血流速率决定药物在各房室（脏器）的分布，并设脏器中药物的进、出均为线性。B．庆大霉素纳米球体内代谢动力学模型

第五十九页，共68页。肺肝肾肌肉胃肠静脉动脉心QLQL-QGIQGIQHQLQMQKCL庆大霉素PBCA纳米球体内代谢动力学模型第六十页，共68页。C.数学处理写出各室药量变化微分方程：动脉（A）：dcA/dt=Q(CIU/KIU-CA)/VA静脉（MV）：dCMV/dt=(QHCH/KH+QMCM/KM+QKCK/KK+QLCL/KL-QCMV)/VMV肺（Lu）:dCIU/dt=Q(CMV-CIU/KIU/VIU)心（H）：dCH/dt=QH(CA-CH/KH)/VH肌肉（M）：dCM/dt=QM(CA-CM/KM)/VM胃肠（GI）：DcGI/dt=QGI(CA-CGI/KGI/VGI)肾（K）：dcK/dt=[QMCA-(QK+CLK)CK/KK]/VK肝（L）：dcL/dt=[(QL-QGI)CA+QGICGI