提升高分子纳米药物载体在肿瘤富集的设计规律
高分子纳米药物载体可延长某些水溶性小分子药物的血液循环时间，解决疏水抗癌药物水溶性不好的问题，并提升药物的稳定性。传统理论认为，高分子纳米药物载体在肿瘤的富集基于肿瘤部位血管壁间隙及引流淋巴管的缺陷导致的载体材料在肿瘤处的高渗透长滞留（EPR）效应（图6-9）。但正如上文所说，高分子纳米药物载体在作用于肿瘤细胞之前需要克服一系列生理屏障。这些屏障包括血清蛋白的吸附、肝脏与脾脏等对纳米药物的清除、纳米药物穿透肿瘤血管壁及最终进入肿瘤细胞等。为了克服这些生理屏障，高分子纳米药物载体必须具有特定的物理化学性质，从而使其适应人体各部位作用的机制。但由于体内环境和生理屏障的复杂性，目前大多数高分子纳米药物载体的设计仍无法完全满足克服这些生理屏障的需求。此外，不同生理屏障对高分子纳米药物载体理化性质的要求存在矛盾。例如，为了避免高分子纳米药物载体在血液中被起保护作用的单核-巨噬细胞系统当作异物清除，一般要求高分子纳米药物载体尺寸较小，但要想取得更长的肿瘤停留时间和药物作用时间，一般要求高分子纳米药物载体尺寸较大。这些相互矛盾的需求大大增加了高分子纳米药物载体的设计难度。虽然提升纳米药物在肿瘤富集的设计仍有待优化，但基于大量的研究结果，可以总结出一些载体设计的基本规律，主要包括高分子纳米药物载体的尺寸、表面化学性质等。
高分子纳米药物载体的尺寸是影响其药代动力学和体内分布的重要因素。总体而言，尺寸大于100 nm的纳米材料比尺寸较小的纳米材料更容易被单核-巨噬细胞从血液中清除，不利于纳米材料的肿瘤富集。而尺寸小于5 nm的纳米材料会被肾脏快速排出，缩短其血液循环时间。当纳米粒子尺寸为5～100 nm时，尺寸更小的纳米粒子通常表现出更好的肿瘤内扩散能力。但良好的肿瘤内扩散能力并不一定能带来更好的肿瘤富集效果，因为肿瘤内部和边缘之间存在的组织间质压力（interstitial fluid pressure）可以将纳米药物载体从肿瘤组织重新推回血管；因此，小尺寸的纳米材料在肿瘤中的停留时间较短。研究结果表明，某些黑素瘤内组织间质压力可高达50 mmHg。鉴于肿瘤复杂的微环境，肿瘤富集效果最好的高分子纳米药物载体尺寸需要通过实验来确定。例如，Kataoka等利用聚乙二醇聚谷氨酸嵌段共聚物（PEG-b-P（Glu））制备了平均粒径为30 nm的载药聚合物胶束。同时，他们还利用PEG-b-P（Glu）与P（Glu）均聚物共混的方法制备了平均粒径为70 nm的载药聚合物胶束。通过比较平均粒径为30 nm、70 nm的聚合物胶束以及被美国FDA批准用于临床的平均粒径为80 nm左右的载药脂质体（doxil）在黑素瘤淋巴转移瘤模型中的富集情况，他们发现平均粒径为30 nm的聚合物胶束具有最深的肿瘤穿透深度、最好的肿瘤富集效果以及最好的化疗效果。这个例子说明粒径的调控对高分子纳米载药体系在黑素瘤中的治疗效果具有重要影响。但不同高分子材料的体内作用机制不能一概而论，需要针对不同的材料与肿瘤模型进行研究和探讨。
图6-9 肿瘤EPR效应示意图
Figure 6-9 Schematic diagram of tumor EPR effect
高分子纳米药物载体的表面化学性质也是影响其肿瘤富集效果的重要因素。相对于表面带正电荷或负电荷的纳米材料，表面电中性的纳米材料可以有效地减少血清蛋白的吸附，有利于延长其血液循环时间与提升其肿瘤富集效果。因此，高分子纳米药物载体表面常用PEG进行保护。研究显示，高分子纳米药物载体表面PEG的密度可以影响其血液循环时间和肿瘤富集情况。Wang等利用聚乙二醇聚己酸内酯嵌段共聚物（PEG-b-PCL）与PCL均聚物共组装，通过调节嵌段共聚物中PCL的链长和PCL均聚物的比例，制备了一系列尺寸、表面PEG密度可调的聚合物胶束。随后，选择其中平均粒径在100 nm左右、具有不同PEG密度（0.19～0.86 PEG/nm2）的聚合物胶束用于研究表面PEG密度对高分子纳米药物载体的体内分布和肿瘤富集情况的影响。结果表明，具有较高PEG密度的聚合物胶束血清蛋白吸附最少，循环时间最长。负载多西他赛（docetaxel）后，表面PEG密度最高的聚合物胶束对黑素瘤表现出了最好的治疗效果，小鼠存活期最长。除PEG外，两性离子配体和两性离子聚合物也是常用的表面修饰配体。两性离子配体指含有等量正负电荷的配体，整体显电中性。此外，聚多巴胺也常用于高分子纳米药物载体的表面修饰（见扩展阅读4）。
虽然PEG和两性离子配体可以降低血清蛋白的吸附，但其与肿瘤细胞间的作用也会相应减弱。为了选择性地提升高分子纳米药物载体与肿瘤细胞间的作用，我们可以通过增加肿瘤靶向基团或引入刺激响应基团在肿瘤处特异性地改变载体表面理化性质等方法来实现。靶向基团通过增强高分子纳米药物载体与肿瘤细胞、组织上受体的相互作用提升材料在肿瘤的富集。常用的靶向基团包括小分子、糖、多肽、蛋白质等几种类别。黑素瘤细胞表面高表达的受体包括转铁蛋白受体（TfR）、叶酸受体（FR）、成纤维细胞生长因子受体（FGFR）、层粘连蛋白受体（LR）、生长抑素受体（SSTR）、sigma受体、MC1R、CD44等。Tu等利用乙二胺修饰的透明质酸制备了负载顺铂的纳米载药体系。该纳米载药体系利用透明质酸与黑素瘤细胞表达的CD44之间的作用，增强了载体靶向能力，并可以在酸性或还原性环境中实现药物的释放。此外，黑素瘤新生血管内皮细胞上高表达的整合素也可以作为高分子纳米药物载体的靶向目标。常见的靶向基团包括Arg-Gly-Asp（RGD），环形Arg-Gly-Asp-D-Tyr-Lys（cRGDyK）等。Tu等将维生素E琥珀酸酯与PEG的偶联物（D-α-tocopherol polyethylene glycol succinate，TPGS）与聚乳酸（PLA）通过二硫键连接，制备了可被肿瘤中还原性谷胱甘肽（GSH）断开的聚合物（TPGS-b-PLA）。他们将TPGS-b-PLA与可连接RGD的PEG-b-PLA共混，制备了负载抗癌药物PTX、表面带有RGD的聚合物胶束。当胶束中的二硫键被肿瘤细胞中的GSH切断时，可释放出PTX。实验结果表明，表面键合RGD的聚合物胶束比不含RGD的胶束及商用的PTX纳米制剂具有更好的肿瘤抑制效果，证实了RGD可提升高分子纳米药物载体对黑素瘤的靶向效果。在肿瘤处特异性地改变载体表面理化性质是指利用高分子纳米药物载体上的刺激响应基团在肿瘤微环境中发生的理化反应，使高分子纳米药物载体表面理化性质发生转变，从而使其在进入肿瘤前不被血清蛋白吸附，而在进入肿瘤后迅速与肿瘤细胞和组织作用，促进肿瘤内高分子纳米药物载体的富集。Cai等制备了在肿瘤微酸性环境中响应脱掉表面PEG的高分子纳米药物载体，成功地向黑素瘤递送核酸类药物和光敏剂。脱掉PEG后，该高分子纳米药物载体的ζ电位提升到20 mV，增强了高分子纳米药物载体与带负电荷的细胞膜的作用。目前，高分子纳米药物载体的黑素瘤靶向研究还存在一些问题，例如配体靶向性不足、靶向基团易被血清蛋白覆盖从而失去靶向能力等，因此仍需进一步的研究。