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纳米药物载体的靶向作用及表征

发布日期: 2020-03-10
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纳米药物载体靶向治疗机理

疾病一直伴随着人类的发展,我们也常会听到或看到某个关于疾病的消息或新闻,而今年的新冠肺炎更让每个人感觉病毒就在身边很近的距离。针对疾病,人类一直在研发新的药物,也一直在改进我们的治疗手段。

很多药物的效果是很好,但在给药过程中虽然治疗了病变组织,却同时也对周围的细胞、组织甚至器官产生了很大的损伤,这些副作用限制了我们对很多疾病的理想药物的设计能力,如恶性肿瘤、神经退行性疾病以及传染性疾病。理想的治疗是既能给药到病变组织,又不影响周围组织,因此靶向治疗越来越受到亲睐。

医学上以纳米颗粒材料作为药物载体,将治疗药物分子包裹在纳米颗粒内或吸附在其表面,通过靶向分子与细胞表面特异性表达的受体结合并定向分布到靶组织并且滞留在靶组织发挥疗效,同时不影响周围细胞、组织和器官。目前研究较多的纳米药物载体主要有脂质体、胶束、聚合物纳米颗粒、脂类纳米颗粒、树枝状聚合物碳纳米管等。     

纳米药物载体的制备只是完成了药物的装载过程,如何克服复杂的机体内环境,使治疗药物直接高效地递送到病灶部位才是决定治疗效果的关键。

药物装载与药物靶向分子的有机结合,能够有效地延长药物体内循环时间,维持较高的血药浓度,进而能够在疗效的前提下,减少给药剂量减轻或避免毒副作用,克服多药耐药性问题,提高化疗药物的稳定性和药效。但这些颗粒结合体与载药量会影响终形成的递送颗粒大小,递送颗粒的大小不仅会影响药物的递送效果,还影响颗粒与血浆蛋白以及细胞之间的作用,所以对这些载药的纳米颗粒进行正确的粒度分析就显得尤为重要。

 

纳米颗粒的定义

纳米技术这些年一直在发展,纳米的概念也越来越多,但是有些人对纳米的定义还是模糊的,要定义一个颗粒是否为纳米颗粒,先要弄清楚颗粒是几维空间上的纳米,有的是一维空间为纳米级别,有的是二维空间为纳米级别,其实真正的纳米颗粒是指三维空间的尺寸都在100纳米以内,超出这个范围的其实是亚微米颗粒或者微米颗粒。

 

测量纳米颗粒的传统方法 

目前测试纳米颗粒的方法主要有X射线衍射方法、电子显微镜方法(如TEM,SEM)、扫描探针显微镜方法(如AFM,SPM,STM)、拉曼光谱方法和激光粒度分析等方法,而激光粒度分析方法中动态光散射法(Dynamic Laser Scattering, DLS)是普遍应用的研究纳米粒度的检测方法。

DLS的原理是颗粒在液体中的布朗运动,小颗粒在液体中运动快,引起的光强变化就快;大颗粒在液体中运动慢,引起的光强变化慢,根据光强的变化快慢信号,再引入相关方程,就可以得出纳米体系的粒径分布。

 

 

传统的DLS仪器设计采用光子相关光谱法(Photon Correlation Spectroscopy, PCS),使用单束激光单探测器,收集颗粒的光强变化信号。对于低浓度样品还是可行的,但是随着浓度的增高,多重散射的几率增高,体现到检测结果上就是粒度结果“失真”,并且重现性不好。

  

 

光子交叉相关光谱 PCCS 法的优势 

德国新帕泰克的NANOPHOX创新采用光子交叉相关光谱法(Photon Cross-Correlation Spectroscopy, PCCS)。

PCCS原理是采用两束激光对应两个探测器在不同角度获取信号,然后互相关进行信号对比,保留单散射信号作为有效信号,从而消除了多重散射信号对高浓度样品测试结果失真的影响,因此其测试结果是可靠和稳定的。

 

 

PCCS的适用检测浓度范围是PCS的100-1000倍

由上图可见,PCS原理测试结果随着浓度的增高粒径变小并且不稳定,这是由于多重散射信号引起的。在实际操作中,需要采用稀释的方法弥补上述缺陷,但过度的稀释会破坏样品的稳定性和其他特性。同时还存在一个问题,那就是究竟稀释多少倍是合适的?这需要实验人员的工作来确定。

NANOPHOX采用PCCS技术解决了这个问题,测试结果与浓度无关,在不同浓度下的测试结果基本稳定,可以避免不必要的稀释和前期的准备工作。

 

德国新帕泰克纳米激光粒度仪

NANOPHOX应用案例

NANOPHOX外观

 

NANOPHOX应用于靶向肿瘤治疗的

葡聚糖基纳米载药体系的粒度分析

 

葡聚糖可以形成10个改良葡聚糖子单位组成的纳米主结构,通过加入螺旋添加剂稳定,由氧化葡聚糖和螺旋稳定剂形成的纳米结构药物及分子可以共价连接应用于药物载体,如用于阿霉素,与pH依赖性药物键连接可控制药物单独在癌细胞中释放。

下图中为一个葡聚糖纳米颗粒的模型,六角形结构为氧化葡聚糖,绿色的结构是螺旋添加剂,红色颗粒为共价连接的药物。

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未加入阿霉素之前,载体在冻干状态下和复溶于水状态下都是呈微黄色。

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加入阿霉素之后,药品在冻干状态下和复溶于水状态下都是呈红色。

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在加入阿霉素前后均用NANOPHOX直接进行粒径测量,无需稀释,终测试结果如下图:

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可以看到,未加入阿霉素前,粒径为37纳米,加入阿霉素之后,粒径为45纳米,粒径变化甚微,只增大了8纳米。

 

结论:如此细小的变化要识别出来,就要求仪器有很高的检测灵敏度和很好的稳定性,德国新帕泰克的基于光子交叉相关光谱(PCCS)原理的纳米粒度仪NANOPHOX是值得您信赖的选择。

 

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