纳米载药：蛋白质冠与隐身效应！

高分子纳米载体能够克服体内许多障碍，因而在药物靶向输送领域的地位日见其长。其主要问题之一在于，纳米载体的非特异性吞噬，严重影响了临床研究。血液蛋白中的复杂成分会覆盖在纳米载体表面，使得所有关于细胞相互作用，生物分布以及毒性的评估无法按照常规预测，从而影响其功能的发挥。这种表面覆盖了蛋白的纳米载体，我们通常称之为蛋白质冠（Protein Corona）。

 

 

 

图1. 蛋白质冠的形成及其影响

 

本文简要介绍阐述蛋白质冠的特性以及分析方法，并阐述了如何通过纳米载体表面功能化来减少非特异性吞噬（隐身效应）。

 

一、蛋白质冠的成分和影响因素

 

血浆中存在3700多种蛋白质，浓度从5 pg/mL到50 mg/L不等。每一种蛋白质都有可能覆盖在纳米载体表面，蛋白质冠中并非只有特殊蛋白，那些高含量的蛋白质也有可能存在其中。研究表明，没有哪一种蛋白质冠是通用于所有纳米载体的。

第一类：高浓度的蛋白质。和大部分纳米颗粒都有较好的相互作用，譬如白蛋白，免疫球蛋白G和纤维蛋白原等。白蛋白是Au纳米颗粒表面蛋白质冠中的主要蛋白成分。

第二类：载脂蛋白。和续作纳米颗粒亲和力非常好。

第三类：补偿蛋白。譬如C3。

 

二、蛋白质冠的分析方法

 

    为了研究蛋白质冠对细胞吞噬、团聚、生物分布、降解与毒性的作用，必须发展有效的分析手段，获取足够有效的信息。

1）结合力分析：荧光，ITC，SPR。可用于分析单个蛋白或者多个蛋白的结合亲和力。

2）厚度分析：DCS，DLS。可用于分析蛋白质冠的厚度。

3）结构分析：CD, FTIR, Raman。可用于分析吸附在纳米载体表面蛋白质的构象变化。

 

 

 

 

图2. 蛋白质冠的影响因素：尺寸、电荷、亲疏水性、位阻等

 

 

三、纳米载体表面功能化策略

 

网状内皮系统（RES，或者称为单核吞噬系统）负责清除血管中的外来物质，纳米载体也不例外。IgG蛋白和补偿蛋白往往会对纳米颗粒进行标记，以表明其外来属性，从而加强其吞噬效果。这种非特异性的吞噬阻碍了纳米载体到达身体指定部分，因此，不断循环的纳米载体很快就从血管中清除是一个重要问题。

解决这个问题的办法在为纳米载体穿上一层排斥蛋白的外衣，减少蛋白质的接触，延长纳米载体在体内的循环时间。药物递送过程中，这种避免纳米载体激活免疫系统的策略被称为隐身效应。

 

考虑到疏水纳米颗粒的循环周期更短，目前较多的是采用亲水分子对纳米颗粒表面进行修饰，来防止吞噬系统的调理化和识别。

1）PEG化

PEG化是指在纳米载体表面共价吸附PEG类物质，是用于延长循环时间的通用策略，其机理尚不完全明朗。虽然PEG化有效减少了非特异性蛋白的吸附，延长了循环时间，但是并不能阻止蛋白质冠的形成。

2）PPE化

PPE的高度模块化和生物降解性使得PPE成为纳米载体表面修饰的重要候选。

 

不过，最新研究结果表明，隐身效应并非仅仅是只依赖于排斥蛋白质的高分子外衣，某些特异性蛋白的吸附也有利于纳米载体免除免疫系统的吞噬。

 

图3. 高分子外衣和某些特异性蛋白发挥的隐身效应

本文主要参考以下资料，图片和视频仅用于对相关科学作品的介绍、评论以及课堂教学或科学研究，不得作为商业用途。如有任何版权问题，请随时与我们联系！

Susanne Schçttler, Katharina Landfester et al. Controlling the Stealth Effect of Nanocarriers through Understanding the Protein Corona. Angew. Chem. Int. Ed. 2016.