细胞内蛋白质药物的递送技术研究进展

(整期优先)网络出版时间:2023-03-17
/ 2

细胞内蛋白质药物的递送技术研究进展

付云云

吉林大学 130015

摘要:随着现代医学的发展,对于药物外源性疾病越来越重视,而蛋白质作为一类重要的物质载体成了生物医理研究中必不可少而且不可或缺。在临床上细胞内蛋白是一种非常重要但又十分广泛使用且具有很高应用价值和安全性等优点。近年来,随着基因工程、分子生物技术和分子生物学学科的发展,人们对蛋白质药物研究逐渐深入。本文基于蛋白质药物对其在细胞内的递送策略总结,并分析其潜在的应用方式,了解蛋白质药物递送技术的实际进展。

关键词:蛋白质药物;递送;应用;进展

细胞内蛋白质的含量以及其药物效应,是衡量生物体内重要成分代谢和活性等方面的一个很重要指标。在现代医学中,人们对基因治疗、抗肿瘤研究及免疫调节作用进行了大量实验。蛋白质是人体生命活动的主要承担者,人体很多疾病的发生与蛋白质有着密切的关系,比如说帕金森,其主要与线粒体内蛋白质内稳态平衡失衡有关,从而导致老年人易出现震颤性麻痹、肌肉紧张等症状[1]。蛋白质药物基于功能明确、毒性小、活性高等基本特点,被应用到人体治疗中去,而以纳米作为递送载体的递送技术,为蛋白质药物递送提供了新的靶向途径。

1细胞内蛋白质药物递送的基本策略

细胞内蛋白质的运输和分配是通过细胞膜的功能来实现,药物在体内运输过程中,其具有利用率高[1]、稳定性好等特点。但由于受体选择性不强以及细胞间相互作用导致了遗传物质对胞外多肽进行解封而造成多糖转运困难。随着纳米递送技术的出现,使得以纳米载体为主的递送方式在一定程度上解决了蛋白质药物在细胞内的传递问题。具体来看,纳米级药物的传递,应当采用有效的策略与方法,将相对应的药物分子递送到对应的细胞内,从而来解决药物分子的载药稳定性问题等[2]。对于不同类型的细胞药物,其使用的递送技术也有相应的区别。传统药物分子的缺点在于药物自身的毒性、半衰期短,容易对病灶周围的常细胞生产毒副作用,因此,在蛋白质药物递送技术的进步,在以纳米为载体的基础上使得蛋白质药物的递送更具有靶向性,药物的使用率也会大大提升。与传统小分子药物比较而言,蛋白质药物自身有一定的特异性和生物相容性,这也让其在药物治疗中有一定的优势,但自身的结构稳定性也相对较差,通常会采用多种方式将蛋白质药物承载在纳米载体中,从而来精确的导航以递送到相应的细胞中去[2]释放药物,达到治疗的目的。

2蛋白质药物递送纳米载体的研究进展

2.1天然材料的纳米载体

2.1.1基于蛋白质的纳米载体

对于蛋白质本身而言,其具有较好的生物相容性,在这一程度上,基于蛋白质组建纳米载体,其主要的构成成分为氨基酸,也就使得这类纳米载体具有可功能化地使用特性,并能够对基因改造,进而来实现靶向药物的传递。通常情况下,从植物或者是动物体内提取相应的蛋白质,可用于制备功能化的蛋白质纳米载体,比如说在家蚕丝蛋白、重组蜘蛛丝蛋白都是目前已知的毒性较小,且毒性可控的蛋白质药物,将这两类蛋白质通过静电作用结合溶酶体构建蛋白质模型,可将蛋白质药物附着在纳米载体的表面,进而结合细胞环境pH酸碱度的变化,实现药物可控释放[3]。Li等人在蛋白质研究中,基于牛血清蛋白的特性,在其无毒、可生物降解的特性上,将其合成为一种负载蛋白的纳米粒子,并用壳聚糖包括纳米粒子,以提升纳米载体的稳定性。该纳米载体有着较高的包封率,且在8天的时间内药物分子还能够有效释放。蛋白质笼是一种具有吸引力的纳米载体,并广泛地应用于蛋白质药物的递送中去。绝大多数的蛋白质药物分子连接在蛋白质笼的表面,比如说Kang等人在蛋白质药物递送技术的研究中,以融合蛋白结合肽将其导入到蛋白质笼内,这时不仅具有含有肽的铁蛋白,且与免疫球蛋白在共价键的作用下形成一种较为稳定的复合物。在荧光标记铁蛋白时,可了解到蛋白质药物作用于癌症细胞的特异性过程。

2.1.2细胞穿透肽纳米载体

细胞穿透肽具有穿透生物膜的功能,并促使生物大分子实现跨膜传导,主要从微生物以及噬菌体中提取,细胞穿透肽本质上是一类短肽,在递送技术的研究中,其也被广泛地应用于药物分子的传递中。细胞穿透肽由Frankel等人在1988年从HIV病毒中首次发现,其可以高效的进出细胞,且自身细胞毒性非常小,也引起众多科学家对细胞穿透肽展开递送药物的研究。Fu等人从狂犬病毒中提取脑靶向肽,其可以高效靶向的传递荧光素酶,使得载药系统可顺利地完成血脑屏障递送模式,为外源蛋白在脑内传递创造了良好条件,这一发现为抑郁症等神经系统疾病提供了治疗的新方向。Erazo等人在相关研究中报道了一种二聚体,通过四甲基罗丹明标记细胞穿透肽的方式,使得纳米系统可以高效地逃离并穿透活细胞,进而实现蛋白质药物在细胞核、胞浆之间的传递。从这样的研究来看,[3]肽本身具有非免疫原性的优点,是目前具有良好发展前景的一项药物传递系统。但是在实际递送的过程中,其细胞选择性较差等问题在递送的过程中仍旧有待解决。

2.1.3外泌体纳米载体

外泌体是由细胞分泌并与细胞膜相互作用的一种脂蛋白纳米囊泡。从外泌体结构来看,其表层所附着的功能蛋白及配体为药物分子递送到靶细胞创造了良好条件,在这一递送优势上,使得外泌体也成为目前最具有发展潜力的药物载体。对于帕金森患者而言,过氧化氢酶是该类型患者体内表达特异性的一种物质,有研究表明,单核细胞和巨噬细胞分泌的外泌体可以避免巨噬细胞[4]的吞噬。在这样的基础上,学者Haney以过氧化氢酶为载体,将其附着在外泌体中,进而构建治疗帕金森的药物载体,以提升实际的靶向效率,提升药物治疗效果。当前,化学漂染、电穿孔等多种方法被应用于外泌体纳米载体的制备中去,从而来强化细胞功能,应用于多种细胞的治疗。

2.2合成材料纳米载体

除天然材料可制备纳米载体完成蛋白质药物的递送外,合成材料在临床递送蛋白质药物的治疗中也得到了广泛的应用。无机纳米粒子本身具有的优势在于,其粒子大小可调节,表面性质也可改变,这为蛋白质药物进入细胞并有效释放创造了良好条件。对于二氧化硅纳米粒子而言,二氧化硅本身的成本相对低廉,且具有良好的生物相容性,当前被广泛地应用于食品领域、口服药物生产领域。其中对于介孔二氧化硅数纳米颗粒而言,其表面孔径均匀,当前主要用于药物小分子的递送中。例如,Cheng课题组研究治疗癌症的纳米颗粒,通过将相应的药物分子与介孔二氧化硅数纳米颗粒连接,并与聚多巴胺来增加两者结合的黏性,从而达到药物靶向释放的目的。在这一药载体系中,其具有较好较低的毒性,有较好的生物相容性,将蛋白质药物这类大分子物质放入到二氧化硅颗粒中的孔径内,使得蛋白质药物的大分子递送更加的方便快捷。

3总结

综上所述,在蛋白质药物应用于细胞内的研究中,递送技术是该领域的研究热点,从上述研究中可知,在递送技术的研究中,以纳米载体递送蛋白质药物大分子的形式,为药物治疗提供了新的靶向思路。近年来,随着纳米技术的进步,纳米技术在蛋白质药物递送领域的研究越来越广泛,这也为患者治疗提供了基础保障,但同时纳米载体在使用的过程中,存在轻微的毒性、功能性有所缺失等等,这些问题都有待解决。在逐步解决蛋白质药物递送技术存在问题的基础上,可为人类健康治疗增添新的力量。

参考文献:

[1] 姜佳敏, 李盼盼, 方斌,等. 蛋白质药物胞内递送纳米载体的研究进展[J]. 材料导报, 2021, 35(13):12.

[2] 毛轶琳, 朱舟, 王剑. 促进载蛋白纳米系统在细胞内体/溶酶体逃逸的纳米材料:研究现状与未来[J]. 中国组织工程研究 2022年26卷34期, 5534-5542页, ISTIC PKU CA, 2021:中国国家自然科学基金面上项目.

[3] 范  双, 刘  煜. 抗转铁蛋白受体抗体靶向脑内药物递送的研究策略[J]. 药物资讯, 2022, 11(3):9.

作者简介:付云云 1985年03月14日 女 河北省涿州市 汉 硕士研究生 助理研究员  研究方向: 生物医药研究


[1]改变了一下表达方式

[2]两个从而

[3]重复

[4]巨噬细胞