基因疗法和寡核苷酸药物能够缓解或治愈许多传统手段无法应对的疾病,特别是由基因缺陷或异常引起的疾病。在这两种新兴疗法中,基因转运的目的是通过将编码功能蛋白的基因引入细胞以使细胞和器官正常化,而20个左右碱基的短链核苷酸则被用于调节细胞内RNA的表达和功能。由于裸露的核酸易被组织或细胞内的酶降解、或是细胞摄取效果较差等原因,科学家们致力于开发递送载体以转运核酸。而理想的递送和转染系统应具有高转染效率、对细胞低毒性和细胞特异性等优点。
病毒载体由于能够有效感染宿主细胞,已成为基因转运最热门的载体。目前,常用的病毒载体包括逆转录病毒、慢病毒(属于逆转录病毒)、腺病毒、腺相关病毒和单纯疱疹病毒等。每种病毒都有自身的优势和不足,例如,逆转录病毒和慢病毒载体可以整合到宿主基因组中,甚至在单次给药后也能长期表达基因,但其细胞感染不具靶向性且可能出现基因插入突变等;腺病毒载体可以有效转导分裂和非分裂细胞类型,但可能引起免疫刺激;腺相关病毒也可以感染许多非分裂和分裂细胞类型,但DNA插入能力有限。虽然经过了多年的发展和改进,但病毒载体依然有较高的细胞毒性和免疫原性,容易引起炎症反应,且存在费用高、装载DNA大小和数量有限等问题。
表1. 不同纳米颗粒载体特点
表2. 部分使用纳米颗粒载体的寡核苷酸药物
有机纳米颗粒 可以通过化学键合或物理包埋的方式将药物结合到有机纳米颗粒中。有机纳米颗粒包括阳离子聚合物纳米颗粒和基于脂质的体系等,典型的有机纳米颗粒包括脂质体、纳米乳剂、树枝状聚合物和聚合物纳米颗粒。 01 目前基于脂质的体系主要包括脂质体、胶束、乳剂和固体脂质纳米颗粒(SLN)。脂质体由磷脂组成,磷脂易于在水性溶剂中形成封闭的脂质双分子层,从而形成纳米级别的颗粒。脂质体纳米载体已被广泛用于寡核苷酸药物的研究中,特别是反义寡核苷酸(ASO)和siRNA。脂质体包括阳性、中性和阴性脂质体,其中阳性脂质体通常被用作递送载体,因为它们易于与带负电荷的核酸结合,即通过静电力与核酸中存在的带负电的磷酸基团相互作用,形成纳米颗粒。这种脂质复合物能够保护其中的遗传物质免遭降解,并在哺乳动物细胞内递送。例如,FDA批准用于治疗遗传性淀粉样变性的siRNA药物Onpattro,就是将siRNA包裹在脂质纳米颗粒中,通过静脉输注将药物直接递送至肝脏,防止人体产生致病蛋白。 02 聚合物纳米颗粒(PNP)
无机纳米颗粒 无机纳米颗粒(INPs)由无机颗粒和可生物降解的聚阳离子合成。典型的无机纳米颗粒包括金属、金属氧化物和碳材料(如富勒烯、纳米管、纤维)和由超顺磁性氧化铁纳米颗粒(SPION)组成的磁性纳米颗粒。较常用的是介孔二氧化硅纳米粒子(MSN),具有孔道均匀、易于官能化、生物相容性、高比表面积、大孔容和可生物降解性等特性。为提高MSN的基因装载效率和细胞吸收效率,其表面或内孔会用阳离子聚合物包被。另外,量子点是新型的胶体半导体纳米晶体,具有优异的光学和电子特性。纳米金刚石则是正在研究的用于siRNA治疗药物递送的最新递送系统。 图4. 无机纳米材料 01 02 无机非金属纳米材料 一些基因载体是由无机非金属纳米材料与功能性的分子杂合得到,包括碳材料和硅材料。无机非金属纳米颗粒的生物安全性优于金属纳米颗粒,修饰在其上的功能分子通常在转染效率上优于功能分子本身,但无机非金属纳米颗粒的生物降解性能仍有待改善。 表5. 代表性无机非金属纳米材料载体特点 03 其他 脂质-聚合物杂化纳米粒(LPHNP)是包含两个或多个纳米结构的纳米颗粒,可能同时使用有机和无机材料来实现功能,这些材料有助于减少不良副作用。稳定的核酸脂质颗粒(SNALP)是在不同动物模型中都展现出前景的siRNA分子递送平台,它由基于融合脂质和阳离子脂质混合物的脂质双分子层组成,该脂质双分子层能够实现内体释放并因此促进siRNA的细胞摄取。此外,在配制过程中,SNALP表面还涂有PEG化脂质体,提供中性的亲水外层,以使这些颗粒在注射时可在血流中保持稳定。 图5. 核酸衍生纳米颗粒 总结
参考来源
2、Yong Xin et al.,(2017) Nano-based delivery of RNAi in cancer therapy. doi:10.1186/s12943-017-0683-y
3、古晓晓 等,(2015) 基于纳米材料的基因载体. doi:10.7536/PC150163
4、华金证券——基因治疗:医学革命正在到来(上篇·技术)
5、广证恒生——【小核酸药物 专题报告】 “沉默”是金,RNAi药物黎明破晓正当时
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