◎ 文/于海芳 宣繼航
現(xiàn)如今,隨著生活壓力越來越大,腫瘤發(fā)病率的上升趨勢越發(fā)突出。2021 年剛剛過去的三個月中,演藝界就有多位藝人因惡性腫瘤去世,其中不乏年輕人。無論是從個人的生命健康還是從國家的長遠(yuǎn)需求來看,對于腫瘤藥物的創(chuàng)新研發(fā),不僅僅是醫(yī)學(xué)上的進(jìn)步,更是為人類生命注入了新的希望。
關(guān)于MLDH 生物轉(zhuǎn)運(yùn)與磁靶向緩釋系統(tǒng)的藥效、藥理機(jī)制及智能化發(fā)展——“磁性層狀復(fù)合氫氧化物生物靶向轉(zhuǎn)運(yùn)”項(xiàng)目以及“基于層狀復(fù)合氫氧化物載體的磁靶向緩釋化療制劑”項(xiàng)目,是由寧夏醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院二級教授、藥學(xué)院藥劑學(xué)專業(yè)研究生導(dǎo)師、國家百千萬人才工程第三層次新世紀(jì)學(xué)術(shù)、技術(shù)帶頭人——茍國敬教授及其團(tuán)隊(duì)近年來的重要創(chuàng)新成果。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,茍國敬教授不斷激發(fā)成員創(chuàng)新能力,讓每一個成員都發(fā)揮出了最大價值,在科研路上不斷攻克技術(shù)難關(guān),多年來砥礪奮進(jìn)、成績斐然。
“磁性層狀復(fù)合氫氧化物生物靶向轉(zhuǎn)運(yùn)”項(xiàng)目通過研發(fā)磁性層狀氫氧化合物(magnetic layered double hydroxide,MLDH) 新型載體構(gòu)建MLDH-DNA 轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),借助MLDH 的順磁性與控釋功能實(shí)現(xiàn)了DNA 在體內(nèi)的磁靶向轉(zhuǎn)運(yùn);以熒光黃和核酸染料標(biāo)記DNA 為客體制備MLDH 磁性熒光探針,跟蹤研究MLDH 運(yùn)載系統(tǒng)的細(xì)胞及體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。該項(xiàng)目獲得3 項(xiàng)發(fā)明授權(quán)及以下成果:(1)獲得MLDH 透過細(xì)胞膜、穿越細(xì)胞質(zhì),將藥物或生物分子送達(dá)細(xì)胞核、富集至核仁的直觀證據(jù);(2) 利 用MLDH-DNA 轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),將DNA 順利快速送達(dá)細(xì)胞中心;(3)基于MLDH 的粒子形態(tài)及染料分子的熒光信號,利用TEM 電鏡及激光共聚焦熒光顯微鏡技術(shù)有效跟蹤細(xì)胞傳遞過程,開發(fā)具有熒光示蹤、磁分離及靶向轉(zhuǎn)運(yùn)功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)平臺。
首先, 通過研發(fā)MLDH-FLU插層組裝型磁性熒光探針,研究細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)過程,探討MLDH 細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,獲得MLDH 透過細(xì)胞膜、穿越細(xì)胞質(zhì),將生物分子送達(dá)細(xì)胞核富集至核仁的直觀證據(jù),為基因的化學(xué)轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。
其 次, 發(fā) 明“MLDH-DNA 基因運(yùn)載系統(tǒng)”及合成技術(shù),實(shí)現(xiàn)對基因分子保護(hù)、控制釋放與磁靶向轉(zhuǎn)運(yùn)的融合統(tǒng)一,將DNA 順利快速送達(dá)細(xì)胞中心。構(gòu)建對DNA 有保護(hù)、釋放控制和磁靶向轉(zhuǎn)運(yùn)作用的新型基因轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),完成針對裸基因片段及修復(fù)DNA 片段體內(nèi)靶向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)化學(xué)合成的專利技術(shù)。
最后,將DNA-nucleic acid dye插載到MLDH 內(nèi)層,解決基因靶向轉(zhuǎn)運(yùn)過程的示蹤問題,獲得了具有熒光發(fā)射及靶向轉(zhuǎn)運(yùn)功能的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米平臺。所研發(fā)的MLDH/DNAnucleic acid dye 磁性熒光探針,對探討MLDH 的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制、開發(fā)生物靶向遞送技術(shù)有重要意義。
與現(xiàn)有基因化學(xué)轉(zhuǎn)移技術(shù)相比,該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新高度體現(xiàn)為:(1)在國內(nèi)、外率先實(shí)現(xiàn)了基因靶向轉(zhuǎn)運(yùn)與有效保護(hù)、緩釋控制在載體結(jié)構(gòu)層面的融合統(tǒng)一。(2)替代目前成熟的磷酸鈣載體,建立了有層狀組織架構(gòu)、載體與容體間有特殊超分子鍵合作用、可實(shí)現(xiàn)磁靶向與核靶向轉(zhuǎn)運(yùn)的新型基因運(yùn)載系統(tǒng),使基因運(yùn)載的物理化學(xué)導(dǎo)向技術(shù)手段、效率和遞送深度等發(fā)生了深刻變革。
另外,該項(xiàng)目研發(fā)新型MLDHDNA 磁靶向轉(zhuǎn)移系統(tǒng),解決了基因治療過程靶向轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵技術(shù)問題;取得的化學(xué)轉(zhuǎn)移技術(shù)成果在未來國際現(xiàn)代藥劑生產(chǎn)及生物智能化技術(shù)領(lǐng)域有理想的應(yīng)用前景,對提高細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)效率、實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控有深遠(yuǎn)影響,對建立高效轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、開發(fā)有商用價值的基因產(chǎn)品有著重要意義。
“基于層狀復(fù)合氫氧化物載體的磁靶向緩釋化療制劑”項(xiàng)目,是在設(shè)計研發(fā)“右旋糖酐-磁性層狀復(fù)合氫氧化物-氟尿嘧啶”(Dextranmagnetic layered double hydroxide fluorouracil,DMF)磁靶向緩控釋給藥系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,針對DMF 的制劑化途徑、制劑藥效學(xué)、靶向療效學(xué)及DMF 系統(tǒng)的智能化問題開展的縱向研究,驗(yàn)證“整合Fe(OH)x 的順磁結(jié)構(gòu)與LDH 的緩釋作用設(shè)計多功能運(yùn)載系統(tǒng)、開發(fā)新型靶向—緩釋制劑”構(gòu)想的科學(xué)性。
聚焦DMF 化療制劑開發(fā),發(fā)明DMF 磁性緩釋片、液態(tài)DMF 脂質(zhì)體和固態(tài)磁性脂質(zhì)體,建立DMF 制劑磁靶向療效學(xué)研究方法,為臨床應(yīng)用及商用藥品開發(fā)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第一、基于“傳統(tǒng)輔料-MLDH運(yùn)載-劑型化”效應(yīng),利用傳統(tǒng)輔料的賦形作用,用壓片法制備親水凝膠型DMF 骨架片;將DMF 納米粒包進(jìn)脂質(zhì)體核心,使脂質(zhì)體的靶向效果通過核心磁性骨架得到改變,提高DMF 的流動性與循環(huán)穩(wěn)定性;以DMF 系統(tǒng)為核心,用大豆卵磷脂、膽固醇及甘露醇作輔料,通過脂質(zhì)體加工、冷凍升華制成DMF 固態(tài)脂質(zhì)體。第二、驗(yàn)證DMF 制劑在體外及體內(nèi)生物環(huán)境的磁靶向-緩控釋性能。DMF 緩釋片體外磁響應(yīng)敏感,藥物釋放遵循零級動力學(xué)方程;口服給藥的肝首過效應(yīng)低,在體內(nèi)呈長效、多級藥物過程,磁場干預(yù)增加DMF 進(jìn)入體循環(huán)的量、延遲達(dá)峰時間,使血藥濃度水平更趨平穩(wěn),靶向分布指數(shù)上升。DMF 磁性脂質(zhì)體具有典型的體外控釋特性、靈敏的磁靶向性、抑制癌細(xì)胞增殖的較強(qiáng)活性及特殊持久的體內(nèi)藥物過程。第三、檢驗(yàn)DMF 脂質(zhì)體的磁靶向治療效果。對荷MGC-803實(shí)體瘤裸鼠腹腔注射的抑瘤率達(dá)到60.7%,磁干預(yù)時升至73.3%,接近乃至超過文獻(xiàn)報道瘤體直接給藥或血管給藥的抑瘤率;Ki-67 陽性表達(dá)降至0.1647±0.0119,磁干預(yù)降至0.1424±0.0264;腫瘤組織微血管密度降至29.78±7.09,加磁干預(yù)低至22.78±4.85。為臨床應(yīng)用和商用制劑研發(fā)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。該項(xiàng)目從磁性載藥粒子設(shè)計上改變現(xiàn)有磁靶向給藥系統(tǒng)的載體類型與組裝方式,實(shí)現(xiàn)給藥系統(tǒng)磁靶向轉(zhuǎn)運(yùn)與緩釋控制的融合;推動MLDH 制劑化進(jìn)程。
該項(xiàng)目的創(chuàng)新技術(shù)包括,首先,合成DMF 納米藥物,用HPMC 及殼聚糖作骨架材料,通過粉末壓片法制備給藥周期12h 的磁性DMF 緩釋片;通過動物實(shí)驗(yàn)評價DMF 緩釋片口服給藥的體內(nèi)藥動學(xué)及磁場干預(yù)下的藥物靶向分布。其次,以“右旋糖酐-磁性層狀復(fù)合氫氧化物-氟尿嘧啶”超分子為核心,以大豆卵磷脂和膽固醇作脂質(zhì)原料,用逆向蒸發(fā)法制備DMF 磁性液態(tài)脂質(zhì)體;以磁性液態(tài)脂質(zhì)體為基礎(chǔ),利用冷凍升華技術(shù)制得DMF 磁性固態(tài)脂質(zhì)體。聯(lián)合傳統(tǒng)脂質(zhì)體化技術(shù)與DMF 納米合成技術(shù),研發(fā)磁性DMF 脂質(zhì)體,為FU 的磁靶向化療提供現(xiàn)實(shí)途徑;通過家兔靜脈注射給藥藥動學(xué)實(shí)驗(yàn),考察脂質(zhì)體的體內(nèi)藥效學(xué)及靶向分布特征。最后,從療效、機(jī)制和微觀分析3 個層面驗(yàn)證DMF 脂質(zhì)體的抗腫瘤增殖效果:(1)腹腔注射DMFL的抑瘤率及實(shí)用效果優(yōu)于現(xiàn)有同類制劑;(2)腫瘤增殖力指標(biāo)(VEGF、Ki-67、CD34)測評證明,DMFL顯著減弱瘤組織血管內(nèi)皮細(xì)胞活性、抑制癌細(xì)胞增殖活力、控制瘤組織微血管數(shù)量,能有效阻擾腫瘤擴(kuò)增機(jī)制;(3)組織病理染色、腫瘤切片分析及細(xì)胞生物學(xué)結(jié)果證明,DMFL納米粒的磁靶向性、藥物緩控釋作用及獨(dú)特的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)在抑制體內(nèi)癌細(xì)胞的惡性增殖中起了重要作用。通 過DMFL 對 荷MGC-803 實(shí)體瘤裸鼠的磁靶向療效學(xué)研究,客觀檢驗(yàn)DMF 磁靶向-緩釋脂質(zhì)體抗腫瘤體內(nèi)擴(kuò)增的現(xiàn)實(shí)效果。
通過治療技術(shù)的效果對比可見,DMF 脂質(zhì)體抗腫瘤效果突出,腹腔注射的抑瘤率60.7%,靶向干預(yù)上升至73.3%,接近乃至超過文獻(xiàn)報道瘤體直接給藥或血管給藥的抑瘤率;Ki-67 陽性表達(dá)降至0.1647±0.0119,磁干預(yù)降至0.1424±0.0264;腫瘤組織微血管密度降 至29.78±7.09,加磁干預(yù)低至22.78±4.85。(2)DMFL 納米粒能將藥物送達(dá)癌細(xì)胞核,有效、直接地抑制癌細(xì)胞核增殖活性,引發(fā)癌細(xì)胞脹亡、根除病灶。
該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)在于,不僅解決了DMF 納米粉末的片劑化問題,研發(fā)給藥周期12h 的磁性DMF骨架緩釋片,在國內(nèi)、外首次實(shí)現(xiàn)氟尿嘧啶的口服給藥,為應(yīng)用FU 進(jìn)行靶向化療提供了便捷途徑。而且還解決了DMF 納米粒子的脂質(zhì)化問題,聯(lián)合傳統(tǒng)脂質(zhì)體技術(shù)、冷凍干燥技術(shù)及DMF 納米藥物合成技術(shù),研發(fā)液態(tài)磁性DMF 脂質(zhì)體和固態(tài)磁性脂質(zhì)體,為廣譜抗癌藥物在磁靶向化療中的應(yīng)用提供了有效途徑。另外,建立腫瘤模型,進(jìn)行藥效、藥動、療效學(xué)研究的生物取樣,宏觀監(jiān)測、組織形態(tài)學(xué)檢查、腫瘤細(xì)胞生物學(xué)檢測及免疫組化分析,為納米制劑的藥效、療效及病理學(xué)研究奠定了方法學(xué)基礎(chǔ),將LDH 超分子化學(xué)研究推進(jìn)到制劑化、醫(yī)學(xué)、療效學(xué)及病理學(xué)層面。可見,該項(xiàng)目深入、全面研究DMF 給藥系統(tǒng)制劑化的途徑、工藝條件、產(chǎn)品性能及藥效學(xué)、療效學(xué),獲得完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);成果的整體水平居于國內(nèi)、外同類研究的領(lǐng)先地位。
通過“基于層狀復(fù)合氫氧化物載體的磁靶向緩釋化療制劑”項(xiàng)目研究,發(fā)現(xiàn)了MLDH 系統(tǒng)的細(xì)胞核靶向轉(zhuǎn)運(yùn)特性,證明“右旋糖酐-磁性層狀復(fù)合氫氧化物-氟尿嘧啶”給藥系統(tǒng)的磁靶向-緩控釋兼融性及其優(yōu)異的抗腫瘤效果,為DMF 制劑研發(fā)、生產(chǎn)及后繼的臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù),對指導(dǎo)新型靶向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)研究及化學(xué)生物學(xué)研究有重要的學(xué)術(shù)價值;并且該項(xiàng)目的發(fā)明成果,有助于推進(jìn)現(xiàn)代給藥系統(tǒng)的設(shè)計創(chuàng)新,開發(fā)高效廣譜靶向-緩釋制劑,為開發(fā)新型商用靶向緩釋制劑、占領(lǐng)國際新型給藥高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)提供新的技術(shù)支持。
不僅如此,該項(xiàng)目研發(fā)的DMF制劑,具有突破特殊生物屏障(如血腦、胞膜及核膜屏障)的特殊優(yōu)勢,產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可持續(xù)開發(fā)且成本低廉,是進(jìn)行靶向化療的高效藥物。并且該項(xiàng)目技術(shù)可對現(xiàn)有的一線抗腫瘤化療藥物進(jìn)行劑型改造,產(chǎn)出更優(yōu)異的化療藥品或針對特殊生物屏障的特種藥劑。通過DMF 化療制劑的開發(fā)利用有望帶動外磁場型理療(如電磁場,嵌磁帽、乳皂、腰帶、腹帶、鞋等)及內(nèi)磁引導(dǎo)(如支架、導(dǎo)管)產(chǎn)品和技術(shù)的協(xié)同發(fā)展。另外,DMF 系統(tǒng)與光、電、熱、pH 變化等響應(yīng)媒介物結(jié)合,有望開發(fā)更新的智能化多功能系統(tǒng),將帶來診療一體化技術(shù),磁致熱、電、光學(xué)診療平臺等納米醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)品的革命性進(jìn)展。
未來,茍國敬教授及其團(tuán)隊(duì)將會在藥學(xué)領(lǐng)域作更深入的研究與發(fā)展,對現(xiàn)代給藥系統(tǒng)做更深層次的探索,為人類生命健康保駕護(hù)航。