作為目前COVID-19 mRNA疫苗的重要組成部分，脂質(zhì)納米粒（LNP）在有效保護(hù)mRNA并將其轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。脂質(zhì)體是LNP的早期版本，是一種多功能的納米藥物遞送平臺(tái)。

文丨塔卡拉瑪干的白楊

1、藥物和疫苗遞送

（1）基于脂質(zhì)納米粒的上市產(chǎn)品

50多年來，脂質(zhì)體已被公認(rèn)為一種強(qiáng)大的醫(yī)學(xué)工具。它能夠包載藥物并可控地將藥物遞送至體內(nèi)特定位置，這使其可用于多種疾病的治療，目前已有很多脂質(zhì)納米粒藥物制劑獲批并應(yīng)用于臨床。

表1已獲批上市的脂質(zhì)納米粒產(chǎn)品

脂質(zhì)納米粒在藥物遞送中最大的應(yīng)用是癌癥治療，因?yàn)橹|(zhì)納米粒包載抗腫瘤藥物的生物利用度和選擇性優(yōu)于游離藥物。基于脂質(zhì)的納米載體可降低抗癌藥物對(duì)正常組織的毒性，增加疏水性藥物的水溶性，延長藥物停留時(shí)間，并改善對(duì)藥物釋放的控制效率。脂質(zhì)納米粒還通過增強(qiáng)組織滲透性和滯留（EPR）效應(yīng)提高癌癥治療的效率。腫瘤中快速但有缺陷的血管生成導(dǎo)致血管間隙較大（粒徑>100 nm），脂質(zhì)納米粒可以很容易地通過這些間隙進(jìn)入腫瘤。因此，腫瘤血管對(duì)脂質(zhì)納米粒的滲透性要高得多，從而在靜脈內(nèi)給藥時(shí)允許其選擇性地蓄積于腫瘤中。此外，腫瘤中功能失調(diào)的淋巴引流降低脂質(zhì)納米粒從腫瘤內(nèi)外排的速度，從而延長在腫瘤內(nèi)的保留時(shí)間。

圖1 EPR效應(yīng)示意圖

由于EPR效應(yīng)，脂質(zhì)納米粒在腫瘤中的蓄積使得納米顆粒在腫瘤細(xì)胞附近選擇性地釋放抗腫瘤藥物。Doxil是最早獲批的抗腫瘤納米制劑，也是最早獲批的脂質(zhì)體藥物。該產(chǎn)品可以改善蒽環(huán)類藥物阿霉素的藥代動(dòng)力學(xué)和生物分布，阿霉素是一種強(qiáng)效抗癌劑，但具有心臟毒性。Doxil利用EPR，使用空間穩(wěn)定的納米顆粒（~100 nm）來延長藥物在血漿中的循環(huán)時(shí)間，同時(shí)降低多柔比星的心臟毒性。Doxil作為靜脈注射劑開發(fā)，由大豆磷脂酰膽堿、膽固醇和DSPE-PEG2000組成，用于治療晚期卵巢癌、多發(fā)性骨髓瘤和HIV相關(guān)的卡波西肉瘤。

脂質(zhì)體的第二大用途是抗菌劑。作為侵襲性真菌感染的治療金標(biāo)準(zhǔn)，廣譜多烯抗生素兩性霉素B已在醫(yī)學(xué)上使用了數(shù)十年。兩性霉素B會(huì)靶向細(xì)胞膜，對(duì)含麥角甾醇的真菌細(xì)胞膜的親和力高于對(duì)含膽固醇的哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜的親和力。然而，雖然兩性霉素B有很高的抗真菌活性，但存在嚴(yán)重的副作用，尤其是腎毒性。兩性霉素B是兩親性分子，具有復(fù)雜的自締合行為，不同類型的聚集體表現(xiàn)出不同的溶解度和毒性；聚集狀態(tài)也與藥物療效相關(guān)。因此，控制藥物的聚集狀態(tài)可以增強(qiáng)其治療效果并降低毒性。脂質(zhì)納米粒可以控制這種聚集狀態(tài)，已經(jīng)開發(fā)的幾款基于脂質(zhì)的兩性霉素B納米粒制劑，都表現(xiàn)出良好的藥代動(dòng)力學(xué)特征，并顯著降低這種藥物的副作用。

核酸治療劑是一類新興的藥物，對(duì)治療各種疾病都具有很大的潛力。然而，由于核酸是多價(jià)陰離子和高度親水性分子，幾乎不被細(xì)胞攝取，并且易被血液中的核酸酶降解。因此，核酸藥物需要依靠遞送載體才能進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用。以脂質(zhì)納米粒為載體是遞送核酸藥物的高效方法之一。核酸藥物Patisiran（Onpattro）是一種以脂質(zhì)納米粒包載遞送siRNA的產(chǎn)品，可減少肝臟中轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白的形成，已獲FDA批準(zhǔn)用于治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素介導(dǎo)的淀粉樣變性。作為首款獲批的siRNA藥物和以脂質(zhì)納米粒遞送核酸藥物的產(chǎn)品，是核酸藥物發(fā)展的重要里程碑。

（2）COVID-19 mRNA疫苗中的LNP

脂質(zhì)納米粒最新的成功案例是作為遞送載體用Pfizer/BioNTech和Moderna獲FDA批準(zhǔn)的兩種COVID-19信使RNA（mRNA）新冠疫苗，這兩款疫苗以無與倫比的速度開發(fā)上市，并在流行病毒預(yù)防方面有著顯著的效果。疫苗將編碼SARS-CoV-2刺突蛋白的mRNA遞送到宿主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，被翻譯成刺突蛋白充當(dāng)抗原，對(duì)病毒產(chǎn)生免疫反應(yīng)。

圖2 mRNA-LNP的作用機(jī)制

兩款mRNA疫苗采用的脂質(zhì)納米粒組成非常相似。都含有可電離的脂質(zhì)，該脂質(zhì)在低pH值時(shí)帶正電利于與mRNA靜電作用絡(luò)合，在生理pH值時(shí)呈中性促進(jìn)mRNA的遞送和釋放并減少潛在的毒性。都含有聚乙二醇化脂質(zhì)，以減少血清蛋白的抗體結(jié)合和吞噬細(xì)胞的清除，從而延長全身循環(huán)時(shí)間。磷脂二硬脂酰磷脂酰膽堿（DSPC）和膽固醇形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)有助于包載mRNA。兩款疫苗的可電離陽離子脂質(zhì)：PEG-脂質(zhì)：膽固醇：DSPC的摩爾比分別為46.3:1.6:42.7:9.4（Pfizer/BioNTech）和50:1.5:38.5:10（Moderna）。脂質(zhì)納米粒的粒徑為80~100nm，每個(gè)脂質(zhì)納米粒中包含有約100個(gè)mRNA分子。

Pfizer/BioNTech和Moderna用于COVID-19疫苗脂質(zhì)納米粒的專有陽離子脂分別為ALC-0315和SM-102。這兩種可電離陽離子脂質(zhì)都含叔胺，在低pH值下被質(zhì)子化而帶正電荷。脂質(zhì)的烴鏈連接可生物降解的酯基，因此在mRNA遞送后能實(shí)現(xiàn)安全清除。mRNA疫苗中使用的陽離子脂質(zhì)含有烴鏈支鏈，可優(yōu)化非層狀結(jié)構(gòu)的形成和mRNA遞送效率。PEG化脂質(zhì)都是PEG-2000偶聯(lián)物。脂質(zhì)納米粒是在低pH（pH 4.0）下制備的，酸性條件下可電離脂質(zhì)帶正電荷，易與mRNA形成復(fù)合物。使用微流體裝置將含mRNA的水性溶液與含有脂質(zhì)混合物的乙醇溶液快速混合。快速混合時(shí)，這兩股流體中的成分形成納米粒，并捕獲包載帶負(fù)電荷的mRNA。

圖3 mRNA新冠疫苗的主要輔料

（3）臨床試驗(yàn)中基于LNP的mRNA疫苗和治療

mRNA疫苗和療法在疾病的預(yù)防和治療方面具有很大的前景。脂質(zhì)納米粒可用于mRNA細(xì)胞內(nèi)遞送，幾乎可在宿主細(xì)胞內(nèi)表達(dá)任何所需蛋白質(zhì)。基于mRNA的療法的一個(gè)重要特征是降低插入突變的風(fēng)險(xiǎn)。與DNA療法不同，mRNA不需要細(xì)胞核進(jìn)行作用，不會(huì)整合到宿主基因組中，因此降低了致癌和誘變的風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全性。此外，mRNA比DNA更易于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，并具有良好的重現(xiàn)性。

mRNA疫苗因其高效性、開發(fā)周期短和潛在的低成本生產(chǎn)而徹底改變了疫苗開發(fā)。如果用于核酸遞送的脂質(zhì)納米粒技術(shù)沒有取得進(jìn)步，mRNA疫苗是不可能快速發(fā)展的。已有多款基于脂質(zhì)納米粒開發(fā)針對(duì)多種傳染病的mRNA疫苗進(jìn)入臨床試驗(yàn)，例如針對(duì)寨卡病毒、巨細(xì)胞病毒、結(jié)核病和流感的核苷修飾mRNA疫苗。mRNA治療性疫苗在針對(duì)黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌和其他實(shí)體瘤的免疫治療中展現(xiàn)出巨大潛力。脂質(zhì)納米粒載體對(duì)于將mRNA成功遞送至免疫細(xì)胞的胞質(zhì)溶膠至關(guān)重要，特別是負(fù)責(zé)觸發(fā)所需免疫反應(yīng)的抗原呈遞免疫細(xì)胞。

表2臨床試驗(yàn)中的脂質(zhì)納米粒mRNA藥物和疫苗

使用mRNA表達(dá)治療蛋白有望治療多種疾病。蛋白質(zhì)替代療法是一種醫(yī)學(xué)療法，用于替代或補(bǔ)充患者體內(nèi)缺乏或缺失的蛋白質(zhì)，是通過改造mRNA來編碼有用蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。脂質(zhì)納米粒是將mRNA遞送至細(xì)胞的首選載體，但基于脂質(zhì)納米粒的mRNA藥物通常需要長時(shí)間重復(fù)給藥，因此需要詳盡的安全分析和測(cè)試。

2、醫(yī)學(xué)影像

醫(yī)學(xué)影像在現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，可用于改善疾病診斷、監(jiān)測(cè)藥物遞送、驗(yàn)證對(duì)治療的反應(yīng)以及指導(dǎo)微創(chuàng)手術(shù)。傳統(tǒng)的成像方法分辨率和特異性有限，例如磁共振成像（MRI）、計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）。以脂質(zhì)納米粒為例的納米粒子遞送系統(tǒng)，可通過粒子表面功能化提高這些成像方法的分辨率和特異性提。

由于EPR效應(yīng)，脂質(zhì)體在腫瘤組織的的蓄積量比正常組織更多。放射性標(biāo)記的脂質(zhì)體已應(yīng)用于各種癌癥的成像。最近，放射性標(biāo)記的脂質(zhì)體通過定位前哨淋巴結(jié)（接收轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞的初始淋巴結(jié)）來檢測(cè)早期癌癥轉(zhuǎn)移。各種PET和SPECT放射性同位素已與脂質(zhì)體結(jié)合用作顯像劑。

最常見用于放射性標(biāo)記脂質(zhì)體的放射性核素是锝99m(99mTc)、銦111(111In)和鎵67(67Ga)。這些放射性核素具有不同的半衰期和光子能量，因此可用于滿足特定的需要。例如，半衰期為6小時(shí)的99mTc可用于注射后24小時(shí)內(nèi)成像，而半衰期為68小時(shí)的111 In則適用于需要延遲成像的生理過程。脂質(zhì)體放射性標(biāo)記有多種方法，可以在制備過程中包載于脂質(zhì)體的水性內(nèi)核中或或非特異性地附著在脂質(zhì)體表面。在脂質(zhì)的頭部基團(tuán)上共價(jià)連接對(duì)放射性核素具有高親和力的螯合劑，可以在制備過程中將脂質(zhì)-螯合劑偶聯(lián)物添加到脂質(zhì)體制劑中，提高其穩(wěn)定性。

脂質(zhì)體還可以為開發(fā)MRI診斷提供合適的生物相容性納米載體平臺(tái)。例如，包含釓螯合脂質(zhì)（1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-二亞乙基三胺五乙酸，PE-DTPA(Gd)）的脂質(zhì)體可靜脈注射以觀察血管中的血栓或阻塞。將MRI造影劑包載于脂質(zhì)體中的重要優(yōu)點(diǎn)之一是降低制劑的毒性。

治療診斷學(xué)一詞最近被創(chuàng)造形容治療學(xué)和診斷學(xué)的混合詞，是將藥物和診斷技術(shù)相結(jié)合，在疾病發(fā)生的早期同時(shí)或依次診斷和治療疾病。同時(shí)包載診斷劑和治療劑的脂質(zhì)納米粒被稱為雜化納米粒。熒光染料或量子點(diǎn)等診斷探針可以包載于脂質(zhì)體中，同時(shí)多柔比星、多西他賽、順鉑或內(nèi)皮抑素等治療劑可包載于脂質(zhì)納米粒中。例如，包載有細(xì)胞毒性藥物多柔比星-量子點(diǎn)雜化物的脂質(zhì)體已被開發(fā)為治療診斷劑。將量子點(diǎn)包載到脂質(zhì)納米粒的脂質(zhì)雙層中，使量子點(diǎn)在生理?xiàng)l件下可溶，而包載多柔比星的脂質(zhì)體比游離藥物更具腫瘤選擇性而蓄積于腫瘤，從而使脂質(zhì)納米粒能標(biāo)記和殺死癌細(xì)胞。

3、化妝品

化妝品行業(yè)是最早認(rèn)識(shí)到并在各種產(chǎn)品開發(fā)中采用先進(jìn)納米技術(shù)的行業(yè)之一。所期待的脂質(zhì)化妝品制劑的優(yōu)勢(shì)包括增強(qiáng)這些制劑的穩(wěn)定性和功效，以及促進(jìn)成分滲透到皮膚中。目前仍有多種市售的脂質(zhì)化妝品還在使用。最早加入脂質(zhì)體的產(chǎn)品是迪奧于1986年推出Capture，在大豆卵磷脂脂質(zhì)體中含有胸腺提取物、膠原蛋白、彈性蛋白肽和透明質(zhì)酸。另一種在脂質(zhì)體遞送制劑中含透明質(zhì)酸的產(chǎn)品是雅詩蘭黛推出的深夜修復(fù)保護(hù)復(fù)合體（Advanced Night Repair Protective Recovery Complex），該產(chǎn)品可以抵消和修復(fù)由紫外線產(chǎn)生自由基造成的損傷，并具有保濕作用。歐萊雅也推出一種含有前視黃醇A的抗皺脂質(zhì)體產(chǎn)品Revitalift Double Lifting。國際化妝品公司Jafra的蜂王漿濃縮液（Royal Jelly Lift Concentrate）是包含氨基酸、維生素和礦物質(zhì)的復(fù)雜混合物脂質(zhì)體，可刺激細(xì)胞更新并防止皮膚起皺。在商業(yè)化產(chǎn)品中，脂質(zhì)體制劑還與各種提取物、保濕劑、抗生素和蛋白質(zhì)一起用于傷口愈合、曬傷緩解、護(hù)發(fā)素、抗衰老產(chǎn)品和長效香水等用途。

4、營養(yǎng)

脂質(zhì)納米粒在食品工業(yè)和營養(yǎng)領(lǐng)域的地位日益突出，已被用于控制各種食品和營養(yǎng)中功效成分的遞送，如蛋白質(zhì)、酶、維生素和香料等。營養(yǎng)品是指能提供藥物和營養(yǎng)益處的制劑，可能涉及營養(yǎng)素、膳食補(bǔ)充劑、草藥制劑以及基因工程和加工食品。近來，固體脂質(zhì)納米粒（SLN）和納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體（NLC）因具有更高的包載能力、更高的生物利用度和更易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于食品和膳食補(bǔ)充劑。例如，SLN用于包載與食品相關(guān)的生物活性化合物（如荷油等精油、維生素A、B 2、B 12、D 2和E等維生素、棕櫚油、椰子油、古巴香脂油、迷迭香酸、白藜蘆醇和橙皮苷），NLC用于包載食品相關(guān)成分（如蘆丁、姜黃素、槲皮素、蝦青素、維生素C、維生素A棕櫚酸酯、α-硫辛酸和綠茶提取物）。

5、農(nóng)業(yè)

脂質(zhì)納米粒在農(nóng)業(yè)中用于農(nóng)藥化學(xué)品的遞送系統(tǒng)，并對(duì)模型膜系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

6、納米反應(yīng)器

脂質(zhì)納米粒近來的研究是應(yīng)用于納米技術(shù)和納米生物技術(shù)的納米級(jí)化學(xué)反應(yīng)器。例如，脂質(zhì)納米粒已被用作納米反應(yīng)器用于金屬納米粒合成過程中的粒徑控制。金屬納米粒子用于電子、生物傳感器和催化，也可用于生物醫(yī)學(xué)，如成像、藥物遞送和光熱療法。納米粒子的粒徑?jīng)Q定著許多特性，因此控制金屬納米粒子的粒徑至關(guān)重要，其控制著金屬納米粒的性質(zhì)和適用性。

例如，包載四氯金酸的納米脂質(zhì)體被用于制備2~5 nm的金納米顆粒。還原劑硼氫化鈉通過脂質(zhì)體膜的控制擴(kuò)散形成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，形成粒徑分布極窄的超小納米顆粒。在另一個(gè)例子中，以甘油作為還原劑和穩(wěn)定劑，在脂質(zhì)納米反應(yīng)器中還原鈀前體制備粒徑為1~3 nm的穩(wěn)定鈀納米粒子。使用納米反應(yīng)器的類似方法已用于非金屬納米粒子的合成，例如在脂質(zhì)體的內(nèi)核中合成CdS、ZnCdS和HgCdS的單分散納米晶體，將其當(dāng)做沉淀或結(jié)晶的納米反應(yīng)器。

納米反應(yīng)器也被當(dāng)做治療疾病和通過原位產(chǎn)生治療劑來消除有害物質(zhì)的工具。例如，抗氧化酶過氧化氫酶被包載于含順鉑前藥共軛磷脂的脂質(zhì)體中，用于增強(qiáng)對(duì)癌癥的化學(xué)放射治療。脂質(zhì)體通過保護(hù)酶免受蛋白水解來增強(qiáng)其穩(wěn)定性，這種酶能夠觸發(fā)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生的過氧化氫分解，從而產(chǎn)生氧氣以克服缺氧誘導(dǎo)的腫瘤治療抵抗。同時(shí)，包載的順鉑前藥被氧化釋放順鉑，隨后的放射治療能抑制腫瘤生長。包載在脂質(zhì)體中的聚合物點(diǎn)量子點(diǎn)（Pdots）被用于通過原位光催化生成氫來減輕炎癥。含有π共軛聚合物的聚合物量子點(diǎn)暴露于光時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫，而脂質(zhì)體將試劑和聚合物量子點(diǎn)聚在一起。當(dāng)氫在脂質(zhì)體中形成時(shí)會(huì)穿過脂質(zhì)雙層膜擴(kuò)散，減少患病和受損組織中豐富的活性氧（ROS）。此外，基于脂質(zhì)的納米反應(yīng)器還可用于酶遞送以消除有害物質(zhì)。例如，已知外源性膽堿酯酶具有作為有機(jī)磷毒素清除劑的能力，將丁酰膽堿酯酶被包載在脂質(zhì)體中免受蛋白水解。有機(jī)磷毒素被經(jīng)脂質(zhì)體膜擴(kuò)散出包載的酶進(jìn)行中和。