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納米顆粒“攻陷”血腦屏障開啟向大腦送藥新征程

2021-04-14 15:56:12 來源：科技日報

研究結(jié)果顯示，人血清白蛋白藥物遞送納米系統(tǒng)可顯著提高治療藥物的入腦效率和腦內(nèi)滯留能力。阿爾茨海默病小鼠模型顯示，該納米藥物可改善神經(jīng)元形態(tài)學(xué)改變，挽救記憶障礙，減緩疾病的發(fā)病進(jìn)程。

長期以來，當(dāng)大腦因疾病需要進(jìn)行藥物治療時，由于血腦屏障的存在，通過口服或靜脈注射的方式把藥物送達(dá)所需的腦組織是一項非常艱巨的任務(wù)。

4月10日，記者從天津大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)學(xué)院納米生物醫(yī)學(xué)研究所所長常津教授團(tuán)隊另辟蹊徑，將納米顆粒藥物從鼻腔滴入，為藥物繞開血腦屏障進(jìn)入大腦找到了一條“捷徑”。目前，該研究又有了新的進(jìn)展。

血腦屏障是守護(hù)大腦的“銅墻鐵壁”

通常治療腦部疾病的藥物需要口服或靜脈注射，而血腦屏障是這些藥物進(jìn)入大腦抵達(dá)病灶的必經(jīng)之路。

在過去的幾十年里，科學(xué)家們已經(jīng)確定了導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的生物途徑，并開發(fā)了針對這些途徑的分子制劑。然而，其臨床進(jìn)展卻極其緩慢，部分原因就是由于藥物穿過血腦屏障時所面臨的挑戰(zhàn)。

血腦屏障到底是什么“銅墻鐵壁”，讓藥物分子如此難以逾越？

“通俗來講，血腦屏障就是大腦的‘大門’。”南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點實驗室研究員薛雪介紹，血腦屏障是人類重要的自我保護(hù)機(jī)制之一，它由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和脈絡(luò)叢構(gòu)成，僅允許特定類型的分子從血液進(jìn)入大腦神經(jīng)元和其他周圍細(xì)胞，可以阻止多種有害物質(zhì)進(jìn)入腦組織。大腦作為人體的“機(jī)密重地”，掌控著人體的多項重要功能，血腦屏障能夠阻擋血液中的有害物質(zhì)，保護(hù)腦組織的安全。但這也意味著，它同時阻止了大多數(shù)小分子藥物、大分子肽、蛋白質(zhì)以及基因藥物等進(jìn)入大腦，嚴(yán)重限制了神經(jīng)中樞系統(tǒng)疾病的治療。

納米顆粒“攻陷”血腦屏障送藥

如何跨越血腦屏障將藥物遞送到腦內(nèi)作用于病灶，成為醫(yī)學(xué)界面臨的棘手難題。

今年年初，《科學(xué)》子刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表了一篇研究論文，哈佛醫(yī)學(xué)院和麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們利用納米顆粒突破血腦屏障，為解決藥物進(jìn)入大腦的難題提供了一種富有潛力的新方法。

該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)傷性腦損傷相關(guān)的繼發(fā)性損傷，可能導(dǎo)致阿爾茨海默病、帕金森病，以及其他神經(jīng)退行性疾病。之前開發(fā)的在創(chuàng)傷性腦損傷后將治療藥物遞送進(jìn)入大腦的方法，依賴于創(chuàng)傷后血腦屏障暫時被破壞的短時間窗口，在血腦屏障修復(fù)后，就缺乏有效的藥物遞送工具了。而科學(xué)家研發(fā)的這一納米顆粒遞送平臺，不僅可以用于遞送蛋白抑制劑，還可以用于遞送包括抗生素、抗腫瘤藥、神經(jīng)肽等在內(nèi)的多種藥物。該研究團(tuán)隊表示，雖然這項成果是使用創(chuàng)傷性腦損傷模型來探索和開發(fā)的，但是基本上神經(jīng)系統(tǒng)疾病都可以從這項工作中受益。

3月10日，在《科學(xué)》子刊《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上，來自美國西北大學(xué)的研究人員發(fā)文稱，他們開發(fā)了一種球形核酸藥物，這種藥物由核心的納米顆粒與靶向小分子干擾RNA（siRNA）結(jié)合而成，通過精確設(shè)計納米顆粒表面的活性劑以及受體，藥物能在靜脈注射全身給藥后穿越血腦屏障，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的死亡。

“這些表面活性劑以及受體就像納米載體‘士兵’攻陷血腦屏障這座‘城墻’的‘兵器’，通過篩選合適的‘兵器’以及攜帶‘兵器的數(shù)量’，納米載體‘士兵’成功實現(xiàn)了最大程度的siRNA包載和血腦屏障的跨越效率，從而對受損大腦達(dá)到良好的治療效果。”薛雪介紹。

同樣是利用納米顆粒作為載體，薛雪團(tuán)隊開發(fā)了一種半乳糖修飾的“三重相互作用”穩(wěn)定的聚合siRNA納米藥物，利用禁食和補(bǔ)充葡萄糖控制血糖變化這種生物策略，觸發(fā)腦血管內(nèi)皮細(xì)胞上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（Glut1）循環(huán)，Glut1特異性識別聚合siRNA納米藥物，通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的胞吞作用，使聚合siRNA納米藥物從腦血管內(nèi)皮細(xì)胞腔面遷移到基底面，增強(qiáng)siRNA在血腦屏障中的遞送。

“研究表明，聚合siRNA納米藥物具有良好的血液穩(wěn)定性，可以通過血糖控制的Glut1介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)有效地穿透血腦屏障。”薛雪介紹，為了迷惑血腦屏障的“守衛(wèi)”，增加通過效率，研究團(tuán)隊還增加了偽裝，把聚合siRNA納米藥物偽裝成紅細(xì)胞膜。

業(yè)內(nèi)專家表示，目前使用納米顆粒作為載體向大腦遞送藥物的研究頗具前景，科學(xué)家們也對納米顆粒突破血腦屏障寄予了厚望。

距離臨床應(yīng)用還有很長的路要走

不過目前大部分納米顆粒技術(shù)還停留在動物實驗階段，很多機(jī)制還不是特別清楚，其臨床應(yīng)用的安全性也被科學(xué)家質(zhì)疑。比如采用金等金屬作為納米顆粒載體，短期使用可能沒有問題。但是治療阿爾茨海默病、帕金森病等疾病，可能需要患者長期用藥，日積月累的金元素富集在大腦中，以何種途徑從人體中代謝出來是個問題。

近年來，天津大學(xué)常津教授團(tuán)隊另辟蹊徑，利用由人體血清白蛋白做成的納米顆粒攜帶藥物，嘗試把藥物從鼻腔滴入，繞開血腦屏障“抄近路”進(jìn)入大腦，為藥物治療大腦疾病找到了一條“捷徑”。

該團(tuán)隊抓住目前公認(rèn)的誘發(fā)阿爾茨海默病的可能因素，即金屬離子聚集觸發(fā)的Aβ淀粉樣沉積和乙酰膽堿失衡，提出需要一種既能抑制和減少金屬離子聚集，又能同時調(diào)節(jié)乙酰膽堿失衡的聯(lián)合治療方法實現(xiàn)該病的治療。

在現(xiàn)有藥物中，研究團(tuán)隊選取了氯碘羥喹和多奈哌齊兩種藥物，把它們裝進(jìn)由人血清白蛋白做成的納米顆粒。“我們研制的納米顆粒具有良好的生物安全性。”該研究團(tuán)隊研究人員武曉麗介紹，為了跨越鼻腔黏膜這道天然屏障靶向治療病灶，研究人員還在納米顆粒上添置了兩種特別的“小裝備”：一種是可跨越鼻黏膜的跨膜肽（TAT），它可以提高納米顆粒跨過鼻黏膜的效率；另一種是靶向制劑神經(jīng)節(jié)苷脂（GM1），它可以幫助已穿過鼻黏膜的藥物快速聚集到腦內(nèi)病變部位。

研究結(jié)果顯示，該人血清白蛋白藥物遞送納米系統(tǒng)可顯著提高治療藥物的入腦效率和腦內(nèi)滯留能力。阿爾茨海默病小鼠模型顯示，該納米藥物可改善神經(jīng)元形態(tài)學(xué)改變，挽救記憶障礙，減緩疾病的發(fā)病進(jìn)程。

“未來可以把納米顆粒作為一個載體平臺，攜帶多種藥物。同時在納米顆粒上裝載各種靶向，使得給藥更加精準(zhǔn)。”武曉麗介紹，其所在的研究團(tuán)隊目前將納米技術(shù)與靶向控釋、光遺傳學(xué)、聲遺傳等技術(shù)相結(jié)合，合成了多種具有優(yōu)異特性的納米材料，并自主研發(fā)了一系列多模態(tài)探針引導(dǎo)的可視化納米藥物，可應(yīng)用于多種疾病的可視化治療。

雖然各項技術(shù)離真正應(yīng)用于臨床還有很長的路要走，但可以說，納米顆粒已開啟向大腦遞藥的新征程。

標(biāo)簽：納米顆粒血腦屏障送藥