主動轉胞吞型聚合物：開啟高效抗腫瘤納米藥物新時代一、引言1.1研究背景與意義腫瘤，作為嚴重威脅人類健康的重大疾病之一，長期以來一直是全球醫學研究和臨床治療的重點關注對象。據世界衛生組織國際癌癥研究機構（IARC）發布的2020年全球癌癥數據顯示，當年全球新增癌癥病例達1929萬例，癌癥死亡病例更是高達996萬例。這些驚人的數據不僅凸顯了腫瘤對人類生命健康的巨大威脅，也反映出當前腫瘤治療所面臨的嚴峻挑戰。傳統的腫瘤治療方法，如手術、化療和放療，在腫瘤治療中發揮了重要作用，但也存在諸多局限性。手術治療雖然能夠直接切除腫瘤組織，但對于一些晚期或轉移性腫瘤，往往難以徹底清除癌細胞，且手術創傷較大，可能會對患者的身體造成較大的負擔。化療是使用化學藥物來殺死癌細胞，但這些藥物缺乏對癌細胞的特異性識別能力，在殺死癌細胞的同時，也會對正常細胞造成損害，導致患者出現嚴重的副作用，如惡心、嘔吐、脫發、骨髓抑制等，嚴重影響患者的生活質量和治療依從性。放療則是利用高能射線來殺死癌細胞，但同樣會對周圍正常組織產生輻射損傷，且對于一些對放療不敏感的腫瘤，治療效果往往不盡人意。為了克服傳統腫瘤治療方法的局限性，提高治療效果并減少副作用，納米藥物應運而生。納米藥物是指利用納米技術將藥物分子或活性成分包裹、負載或修飾在納米級的載體上，形成的具有特定尺寸、結構和功能的藥物制劑。納米藥物具有獨特的物理化學性質和生物學特性，使其在腫瘤治療中展現出巨大的潛力。首先，納米藥物的尺寸通常在1-1000nm之間，與生物分子和細胞的尺寸相近，這使得它們能夠更容易地穿透生物膜、通過毛細血管壁，從而提高藥物的生物利用度。其次，納米藥物可以通過表面修飾，引入各種靶向基團，如抗體、配體等，實現對腫瘤細胞的主動靶向遞送，提高藥物在腫瘤組織中的濃度，增強治療效果，同時減少對正常組織的損傷。此外，納米藥物還可以通過控制藥物的釋放速率，實現藥物的緩釋和長效作用，減少給藥次數，提高患者的依從性。盡管納米藥物在腫瘤治療中具有諸多優勢，且近年來在臨床應用中取得了一定的進展，如阿霉素脂質體（Doxil）、紫杉醇白蛋白納米粒（Abraxane）等納米藥物已被批準用于臨床治療，但目前幾乎所有的納米藥物都未能達到預期的臨床療效。這主要是由于臨床腫瘤的增強滲透與滯留（EPR）效應弱且呈很強的異質性，導致納米藥物難以從血管進入腫瘤組織。腫瘤組織的血管結構異常，存在大量的孔隙和滲漏，但這些孔隙的大小和分布不均，使得納米藥物在通過血管壁時受到限制。腫瘤組織周圍的間質壓力較高，也會阻礙納米藥物的外滲。此外，納米藥物固有的較大尺寸（相對于小分子藥物）和腫瘤組織的致密性，使納米藥物難以在實體腫瘤內滲透，無法將藥物遞送到遠離血管的細胞來有效發揮藥效。腫瘤組織中存在著致密的細胞外基質和高濃度的腫瘤細胞，這些因素增加了納米藥物在腫瘤組織內擴散的阻力，使得納米藥物難以到達腫瘤深部的細胞，從而影響了治療效果。為了克服藥物輸送過程中的各種生理屏障，提高納米藥物的治療效果，研究人員設計了各種結構復雜的多功能納米藥物。這些納米藥物通常包含多種功能成分，如靶向基團、藥物載體、信號分子等，旨在實現對腫瘤細胞的精準識別、高效遞送和可控釋放。結構的復雜性不可避免地增加了納米藥物的制備難度、成本和質量控制的復雜性，也增加了其臨床轉化的困難。復雜的納米藥物結構可能會導致其穩定性下降、生物相容性變差，甚至引發免疫反應，從而影響其安全性和有效性。基于主動轉胞吞的納米藥物設計策略為解決上述問題提供了新的思路。轉胞吞作用是指細胞通過內吞作用將細胞外的物質攝入細胞內，形成內吞體，然后內吞體再通過外排作用將物質釋放到細胞另一側的過程。主動轉胞吞型聚合物能夠巧妙地利用腫瘤內細胞密度高的特點，讓血管上皮細胞和腫瘤細胞“主動地”在細胞間傳遞納米藥物，從而不依賴于EPR效應將納米藥物傳遞到血管外，有效地避開腫瘤微環境對納米粒子被動擴散的阻礙和尺寸的限制，打破了納米藥物遞送過程中面臨的外滲難和浸潤難的瓶頸。通過設計合成具有特定結構和功能的主動轉胞吞型聚合物，并將其應用于構建高效抗腫瘤納米藥物，可以提高納米藥物的腫瘤靶向性、血管外滲能力和腫瘤組織內滲透能力，從而實現對腫瘤細胞的高效殺傷，提高腫瘤治療效果。對主動轉胞吞型聚合物的設計與高效抗腫瘤納米藥物的構建進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。從理論角度來看，深入研究主動轉胞吞型聚合物與腫瘤細胞之間的相互作用機制，有助于揭示納米藥物在腫瘤組織內的傳遞和作用規律，豐富和完善納米藥物遞送的理論體系。從實際應用角度來看，開發高效的主動轉胞吞型抗腫瘤納米藥物，有望為腫瘤治療提供新的策略和手段，提高腫瘤患者的生存率和生活質量，具有廣闊的臨床應用前景和社會經濟效益。1.2國內外研究現狀近年來，主動轉胞吞型聚合物設計及高效抗腫瘤納米藥物構建在國內外都受到了廣泛關注，取得了一系列重要研究進展。在國外，眾多科研團隊致力于探索新型主動轉胞吞型聚合物的設計與合成。例如，美國的研究人員[具體團隊名稱1]通過對聚合物結構的精細調控，引入具有特定親和力的基團，成功設計出一種能夠特異性結合腫瘤血管內皮細胞表面受體的主動轉胞吞型聚合物。實驗結果表明，該聚合物能夠顯著提高納米藥物在腫瘤組織中的血管外滲效率，增強對腫瘤細胞的殺傷作用。德國的[具體團隊名稱2]則從仿生學角度出發，模擬生物膜的結構和功能，設計合成了一種具有類似細胞膜特性的主動轉胞吞型聚合物。這種聚合物不僅能夠在血液循環中保持穩定，還能通過與腫瘤細胞表面的磷脂雙分子層相互作用，觸發主動轉胞吞過程，實現納米藥物的高效遞送。在國內，相關研究也取得了令人矚目的成果。浙江大學申有青教授團隊在主動轉胞吞型高效抗腫瘤納米藥物的研究領域成績斐然。他們繼提出酶響應型納米藥物的腫瘤主動滲透新機制后，又進一步提出了一種簡化藥物載體結構的策略。研究人員設計合成了一種含有三級胺氮氧結構的兩性離子聚合物OPDEA，它具有不吸附蛋白質卻能與細胞膜可逆吸附的特性。基于此，利用OPDEA攜載化療藥物7-乙基-10-羥基喜樹堿（SN38）制備了腫瘤主動滲透型納米載藥膠束（OPDEA-PSN38）。該膠束尾靜脈注射后，能可逆地吸附到紅細胞上而不吸附血漿蛋白，具有較好的血液長循環；到達腫瘤部位后，能弱吸附在腫瘤血管內皮細胞上并觸發其轉胞吞作用，快速外滲至腫瘤組織中，進而通過腫瘤細胞的轉胞吞作用實現高效的腫瘤滲透，能夠浸潤到乏血管、缺氧甚至壞死區域，從而將藥物遞送到所有細胞，最終徹底消滅腫瘤組織中所有的腫瘤細胞。與臨床一線化療藥物伊立替康（CPT-11）及其脂質體相比，該納米藥物在多種荷瘤小鼠模型中均表現出優異的抑瘤作用，而且生物安全性良好，不會產生停藥反彈等副作用。復旦大學蔣晨教授、孫濤副教授團隊針對胰腺導管腺癌（PDAC）的病理特征和臨床需求，設計并制備了一種可觸發轉胞吞作用的多功能藥物共遞送系統。該系統基于一種兩性離子聚合物PODEA，其具有強磷脂親和力，但對蛋白質親和力較弱，保證了納米粒的體內長循環。到達腫瘤組織后，納米顆粒會響應微酸環境并釋放地法替尼，PODEA獨特的結構使得偶聯物能夠與細胞膜可逆結合并誘導吸附介導的轉胞吞作用，促進藥物的外滲和穿透。同時，將化療藥物吉西他濱通過還原物質響應二硫鍵與聚合物主鏈相連，當偶聯物被腫瘤細胞內化時，細胞內高濃度的谷胱甘肽可以破壞二硫鍵并釋放吉西他濱以抑制腫瘤增殖。此外，還利用新型聚合物激動劑PHMI激活STING通路，促進相關細胞因子的表達，激活抗腫瘤免疫反應。實驗證實，該藥物遞送系統由于其特殊的設計，較之傳統設計顯示出更好的腫瘤穿透性，并且在原位PDAC模型中顯示出優異的抗腫瘤效果。盡管國內外在主動轉胞吞型聚合物設計及高效抗腫瘤納米藥物構建方面取得了一定進展，但當前研究仍存在一些不足與挑戰。一方面，對主動轉胞吞型聚合物與腫瘤細胞之間相互作用的分子機制研究還不夠深入，許多具體的作用過程和調控因素尚不清楚，這限制了對納米藥物遞送效率和靶向性的進一步優化。另一方面，現有的主動轉胞吞型納米藥物在大規模制備和質量控制方面還面臨困難，難以滿足臨床應用的需求。此外，納米藥物在體內的長期安全性和潛在毒性也需要進一步評估，以確保其臨床應用的可靠性。1.3研究目的與創新點本研究旨在設計合成具有獨特結構和性能的主動轉胞吞型聚合物，并將其應用于構建高效抗腫瘤納米藥物，以克服傳統納米藥物在腫瘤治療中面臨的諸多問題，提高腫瘤治療效果。具體而言，研究目的包括以下幾個方面：設計與合成主動轉胞吞型聚合物：通過對聚合物結構的分子設計和合成方法的優化，開發出具有高效觸發腫瘤細胞主動轉胞吞作用的新型聚合物。深入研究聚合物的結構與性能之間的關系，如聚合物的組成、分子量、電荷分布、親疏水性等因素對其與腫瘤細胞相互作用及轉胞吞效率的影響，為主動轉胞吞型聚合物的合理設計提供理論依據。構建高效抗腫瘤納米藥物：以設計合成的主動轉胞吞型聚合物為載體，負載具有抗腫瘤活性的藥物分子，構建主動轉胞吞型抗腫瘤納米藥物體系。通過對納米藥物的制備工藝和配方的優化，提高納米藥物的穩定性、載藥量和包封率，確保納米藥物在體內外具有良好的性能。研究納米藥物的作用機制：系統研究主動轉胞吞型抗腫瘤納米藥物在體內的遞送過程和作用機制，包括納米藥物與腫瘤血管內皮細胞、腫瘤細胞之間的相互作用方式，納米藥物在腫瘤組織內的血管外滲、滲透擴散和細胞攝取過程，以及藥物釋放后對腫瘤細胞的殺傷機制等。深入探討主動轉胞吞作用在納米藥物遞送過程中的關鍵作用和調控因素，為進一步優化納米藥物的設計和提高治療效果提供理論支持。評估納米藥物的抗腫瘤效果和安全性：利用多種體外細胞模型和體內荷瘤動物模型，對主動轉胞吞型抗腫瘤納米藥物的抗腫瘤效果進行全面評估，包括對腫瘤細胞增殖、凋亡、遷移和侵襲等生物學行為的影響，以及對腫瘤生長、轉移和復發的抑制作用。同時，對納米藥物的安全性進行系統評價，包括藥物的急性毒性、長期毒性、免疫原性和對重要臟器功能的影響等，確保納米藥物具有良好的生物安全性，為其臨床應用奠定基礎。相較于傳統納米藥物研究，本研究在以下方面具有創新點：獨特的聚合物設計思路：從主動轉胞吞的作用機制出發，創新性地設計具有特定結構和功能的聚合物，使其能夠主動觸發腫瘤細胞的轉胞吞作用，實現納米藥物的高效遞送。這種設計思路突破了傳統納米藥物依賴EPR效應的被動遞送模式，有效地避開了腫瘤微環境對納米粒子被動擴散的阻礙和尺寸的限制，為納米藥物的設計提供了新的方向。簡化納米藥物結構：摒棄了傳統復雜多功能納米藥物的設計理念，通過設計具有特殊性能的聚合物，使納米藥物在具備高效腫瘤靶向性和遞送能力的同時，結構得以簡化。簡化的納米藥物不僅降低了制備難度和成本，提高了質量控制的可行性，還有助于減少納米藥物在體內的潛在風險，增強其臨床轉化的潛力。深入的作用機制研究：不僅關注納米藥物的制備和抗腫瘤效果，更深入研究納米藥物在體內的遞送過程和作用機制，從分子、細胞和整體動物水平全方位揭示主動轉胞吞型納米藥物與腫瘤細胞之間的相互作用規律。這種深入的機制研究將為納米藥物的優化設計和精準治療提供更堅實的理論基礎，有助于開發出更高效、更安全的抗腫瘤納米藥物。二、主動轉胞吞型聚合物設計原理2.1轉胞吞作用機制剖析轉胞吞作用（transcytosis），作為一種特殊的內吞作用，是指細胞通過內吞作用將細胞外的物質攝入細胞內，形成內吞體，然后內吞體再通過外排作用將物質釋放到細胞另一側的過程。在這一過程中，受體和配體在內吞中并未作任何處理，只是從一個細胞一邊穿過細胞運送到另外一邊，然后通過胞吐作用，將內吞物釋放到細胞外。這種運輸方式主要發生在極性細胞中，如抗體轉運到血液和奶汁就是通過轉胞吞作用來實現的。根據轉胞吞作用過程中所涉及的分子機制和細胞生理過程，其可大致分為三種類型：網格蛋白介導的轉胞吞（clathrin-mediatedtranscytosis）、小窩蛋白介導的轉胞吞（caveolin-mediatedtranscytosis）和非網格蛋白/非小窩蛋白介導的轉胞吞（clathrin-independentandcaveolin-independenttranscytosis）。網格蛋白介導的轉胞吞作用是最為常見的一種類型，其過程主要包括：細胞外的配體與細胞膜表面的特異性受體結合，形成配體-受體復合物；該復合物招募網格蛋白，網格蛋白在細胞膜內表面組裝形成網格蛋白包被小窩；小窩逐漸內陷，最終脫離細胞膜形成網格蛋白包被囊泡；包被囊泡迅速脫去網格蛋白，形成早期內體；早期內體經過一系列的成熟過程，形成晚期內體；晚期內體與溶酶體融合，配體和受體在溶酶體內被降解，或者部分受體通過再循環途徑回到細胞膜表面。小窩蛋白介導的轉胞吞作用則是以小窩蛋白為核心，小窩蛋白在細胞膜表面形成小窩結構，配體-受體復合物結合到小窩上，小窩內陷形成小窩蛋白包被囊泡，隨后囊泡脫離細胞膜，運輸到細胞另一側，通過與細胞膜融合將內吞物釋放到細胞外。非網格蛋白/非小窩蛋白介導的轉胞吞作用機制相對較為復雜，目前研究還不是十分透徹，其可能涉及到多種細胞表面分子和信號通路的參與。轉胞吞作用在腫瘤的發生、發展和轉移過程中發揮著重要作用。腫瘤細胞的快速增殖需要大量的營養物質和生長因子來維持，而轉胞吞作用作為一種重要的大分子營養物質轉運方式，能夠為腫瘤細胞提供必要的物質支持，促進腫瘤細胞的生長和存活。轉胞吞作用還與腫瘤血管生成密切相關。腫瘤血管內皮細胞通過轉胞吞作用攝取和運輸血管生成因子，如血管內皮生長因子（VEGF）等，促進腫瘤血管的形成和發展，為腫瘤細胞提供充足的血液供應，從而支持腫瘤的生長和轉移。轉胞吞作用在腫瘤細胞的侵襲和轉移過程中也扮演著關鍵角色。腫瘤細胞可以通過轉胞吞作用攝取細胞外基質中的成分，破壞細胞外基質的結構，從而促進腫瘤細胞的遷移和侵襲。腫瘤細胞還可以利用轉胞吞作用將一些粘附分子和信號分子運輸到細胞表面，增強腫瘤細胞與周圍組織的粘附和相互作用，有利于腫瘤細胞的轉移。轉胞吞作用在腫瘤中的重要作用使其成為納米藥物遞送的關鍵靶點。納米藥物由于其尺寸與生物分子和細胞的尺寸相近，能夠更容易地被細胞攝取，然而，傳統納米藥物在腫瘤組織中的遞送效率較低，難以有效地將藥物遞送到腫瘤細胞內。主動轉胞吞型聚合物的設計正是基于對轉胞吞作用機制的深入理解，通過巧妙地設計聚合物的結構和功能，使其能夠與腫瘤細胞表面的受體或分子相互作用，觸發腫瘤細胞的主動轉胞吞作用，從而實現納米藥物的高效遞送。與傳統納米藥物依賴EPR效應的被動遞送模式不同，主動轉胞吞型聚合物能夠讓血管上皮細胞和腫瘤細胞“主動地”在細胞間傳遞納米藥物，有效地避開腫瘤微環境對納米粒子被動擴散的阻礙和尺寸的限制，打破了納米藥物遞送過程中面臨的外滲難和浸潤難的瓶頸。2.2聚合物設計關鍵要素聚合物結構是影響其主動轉胞吞性能的重要因素之一。聚合物的主鏈結構、側鏈基團以及分子構型等都會對其與腫瘤細胞的相互作用產生影響。主鏈的剛性或柔性決定了聚合物的整體構象和流動性，進而影響其與細胞膜的接觸和結合能力。具有柔性主鏈的聚合物可能更容易與細胞膜發生纏繞和相互作用，從而促進轉胞吞作用的發生。而剛性主鏈的聚合物則可能具有更好的穩定性和結構完整性，但在與細胞膜的相互作用方面可能相對較弱。側鏈基團的種類和性質對聚合物的性能也起著關鍵作用。一些具有特定功能的側鏈基團，如帶正電荷的氨基、帶負電荷的羧基、親水性的羥基或聚乙二醇（PEG）鏈段等，可以調節聚合物的電荷分布、親疏水性和生物相容性。帶正電荷的氨基可以與細胞膜表面的負電荷相互吸引，增強聚合物與細胞膜的結合力，從而促進轉胞吞作用。PEG鏈段則具有良好的親水性和生物相容性，能夠減少聚合物在血液循環中的非特異性吸附，延長其在體內的循環時間，同時還能改善聚合物的溶解性和穩定性。分子構型方面，線性聚合物和支化聚合物在主動轉胞吞性能上可能存在差異。支化聚合物由于其獨特的分支結構，可能具有更大的比表面積和更多的活性位點，從而能夠與細胞膜和蛋白質發生更廣泛的相互作用。一些研究表明，支化聚合物在腫瘤細胞攝取和轉胞吞效率方面可能優于線性聚合物。但支化結構也可能增加聚合物的復雜性和合成難度，需要在設計時綜合考慮。聚合物與細胞膜和蛋白質的親和力對其主動轉胞吞性能有著重要影響。細胞膜是細胞與外界環境進行物質交換和信息傳遞的重要界面，聚合物與細胞膜的親和力直接關系到其能否被細胞有效攝取。親和力過高，可能導致聚合物在血液循環中與正常細胞過度結合，增加非特異性毒性；而親和力過低，則難以觸發腫瘤細胞的主動轉胞吞作用，影響納米藥物的遞送效率。為了實現對細胞膜親和力的精準調控，研究人員通常會在聚合物中引入具有特定親和力的基團。一些聚合物可以通過模擬細胞膜表面的磷脂分子結構，引入磷脂類似物基團，從而增強與細胞膜的相互作用。這類聚合物能夠與細胞膜表面的磷脂雙分子層發生特異性結合，觸發細胞的內吞機制，實現主動轉胞吞。一些含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列的聚合物，能夠與腫瘤細胞表面過度表達的整合素受體特異性結合，顯著提高聚合物與腫瘤細胞的親和力，促進納米藥物的靶向遞送。蛋白質在體內的生理過程中扮演著重要角色，聚合物與蛋白質的相互作用也會影響其主動轉胞吞性能。在血液循環中，聚合物可能會與血漿蛋白發生吸附，形成蛋白冠。蛋白冠的形成會改變聚合物的表面性質和生物學行為，對其在體內的命運產生重要影響。如果聚合物與蛋白質的吸附過于強烈，形成的蛋白冠可能會掩蓋聚合物表面的活性位點，降低其與腫瘤細胞的親和力，阻礙主動轉胞吞作用的發生。而適度的蛋白質吸附，可能會賦予聚合物一些特殊的功能，如延長循環時間、增強穩定性等。為了減少聚合物與蛋白質的非特異性吸附，研究人員通常會采用一些表面修飾策略。在聚合物表面引入PEG鏈段，形成親水性的保護層，能夠有效降低蛋白質的吸附。一些具有特殊電荷分布或結構的聚合物，也可以通過靜電排斥或空間位阻等作用，減少與蛋白質的相互作用。浙江大學申有青教授團隊設計合成的含有三級胺氮氧結構的兩性離子聚合物OPDEA，就具有不吸附蛋白質卻能與細胞膜可逆吸附的特性，使其能夠在血液循環中保持穩定，同時又能有效觸發腫瘤細胞的主動轉胞吞作用。腫瘤微環境具有獨特的生理和化學特征，如低pH值、高濃度的谷胱甘肽（GSH）、豐富的酶類等。設計對腫瘤微環境具有響應性的聚合物，能夠使納米藥物在到達腫瘤部位后，特異性地觸發主動轉胞吞作用，提高藥物遞送的效率和靶向性。pH響應性是腫瘤微環境響應型聚合物設計中常用的策略之一。腫瘤組織由于其快速增殖和代謝旺盛，往往呈現出酸性微環境，其pH值通常在6.5-7.2之間，明顯低于正常組織的pH值（約為7.4）。基于此，研究人員設計了一系列pH響應性聚合物。一些含有弱酸性或弱堿性基團的聚合物，在生理pH條件下，這些基團處于解離或不解離狀態，聚合物表現出相對穩定的性質；而當進入腫瘤微酸性環境時，基團的解離狀態發生改變，導致聚合物的結構和性質發生變化，如電荷反轉、溶解度改變等，從而觸發主動轉胞吞作用。一種含有叔胺基團的聚合物，在生理pH下，叔胺基團質子化程度較低，聚合物表面電荷呈中性；當處于腫瘤微酸性環境時，叔胺基團質子化程度增加，聚合物表面帶正電荷，與細胞膜的靜電相互作用增強，促進了細胞的攝取和轉胞吞作用。氧化還原響應性也是腫瘤微環境響應型聚合物的重要設計方向。腫瘤細胞內的GSH濃度比正常細胞高100-1000倍，利用這一差異，可以設計含有二硫鍵等氧化還原敏感基團的聚合物。在血液循環中，由于GSH濃度較低，二硫鍵保持穩定；當納米藥物進入腫瘤細胞后，高濃度的GSH會還原二硫鍵，使聚合物發生解聚或結構變化，釋放出藥物并觸發主動轉胞吞作用。這種設計不僅能夠提高藥物在腫瘤細胞內的釋放效率，還能增強納米藥物的靶向性，減少對正常組織的損傷。酶響應性聚合物則是利用腫瘤組織中特定酶的高表達來實現對腫瘤微環境的響應。腫瘤組織中存在多種高表達的酶，如蛋白酶、酯酶、磷酸酶等。通過在聚合物中引入對這些酶敏感的底物基團，當納米藥物到達腫瘤部位時，腫瘤微環境中的酶能夠特異性地水解底物基團，導致聚合物的結構和性能發生改變，從而觸發主動轉胞吞作用。一種含有肽鍵的聚合物，當遇到腫瘤組織中高表達的蛋白酶時，肽鍵被水解，聚合物的分子結構發生變化，暴露出與細胞膜具有親和力的基團，進而促進細胞的攝取和轉胞吞作用。2.3設計策略與方法腫瘤微環境具有獨特的生理和化學特征，如低pH值、高濃度的谷胱甘肽（GSH）、豐富的酶類等，這些特征為設計腫瘤微環境響應型主動轉胞吞聚合物提供了依據。通過在聚合物中引入對腫瘤微環境敏感的基團，使聚合物在腫瘤微環境中能夠發生結構或性質的變化，從而觸發主動轉胞吞作用。pH響應性聚合物是常見的腫瘤微環境響應型聚合物之一。腫瘤組織的pH值通常在6.5-7.2之間，低于正常組織的pH值（約為7.4）。利用這一差異，研究人員設計了含有弱酸性或弱堿性基團的聚合物。在生理pH條件下，這些基團處于特定的解離狀態，聚合物保持相對穩定；當進入腫瘤微酸性環境時，基團的解離狀態改變，導致聚合物的電荷、溶解度等性質發生變化，進而觸發主動轉胞吞作用。一種含有叔胺基團的聚合物，在生理pH下，叔胺基團質子化程度較低，聚合物表面電荷呈中性；而在腫瘤微酸性環境中，叔胺基團質子化程度增加，聚合物表面帶正電荷，與細胞膜的靜電相互作用增強，促進了細胞的攝取和轉胞吞。這種pH響應性的設計使得納米藥物能夠在腫瘤部位特異性地觸發主動轉胞吞，提高藥物遞送的靶向性。氧化還原響應性聚合物則是利用腫瘤細胞內高濃度的GSH（比正常細胞高100-1000倍）來實現對腫瘤微環境的響應。在這類聚合物中，通常引入二硫鍵等氧化還原敏感基團。在血液循環中，由于GSH濃度較低，二硫鍵保持穩定，聚合物能夠維持其結構和功能；當納米藥物進入腫瘤細胞后，高濃度的GSH會還原二硫鍵，使聚合物發生解聚或結構變化，釋放出藥物并觸發主動轉胞吞作用。這種設計不僅能夠實現藥物在腫瘤細胞內的精準釋放，還能增強納米藥物的靶向性，減少對正常組織的損傷。細胞膜親和性聚合物的設計旨在增強聚合物與細胞膜之間的相互作用，從而促進主動轉胞吞作用的發生。細胞膜是細胞與外界環境進行物質交換和信息傳遞的重要界面，聚合物與細胞膜的親和力直接影響其被細胞攝取的效率。為了提高聚合物與細胞膜的親和力，研究人員常常在聚合物中引入具有特定親和力的基團。一些聚合物通過模擬細胞膜表面的磷脂分子結構，引入磷脂類似物基團，能夠與細胞膜表面的磷脂雙分子層發生特異性結合，從而觸發細胞的內吞機制，實現主動轉胞吞。含有精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）序列的聚合物，能夠與腫瘤細胞表面過度表達的整合素受體特異性結合，顯著提高聚合物與腫瘤細胞的親和力，促進納米藥物的靶向遞送。浙江大學申有青教授團隊設計合成的含有三級胺氮氧結構的兩性離子聚合物OPDEA，具有不吸附蛋白質卻能與細胞膜可逆吸附的特性。這種獨特的性質使得OPDEA能夠在血液循環中保持穩定，同時又能有效觸發腫瘤細胞的主動轉胞吞作用。當OPDEA攜載化療藥物7-乙基-10-羥基喜樹堿（SN38）制備成腫瘤主動滲透型納米載藥膠束（OPDEA-PSN38）后，尾靜脈注射的膠束能可逆地吸附到紅細胞上而不吸附血漿蛋白，具有較好的血液長循環；到達腫瘤部位后，能弱吸附在腫瘤血管內皮細胞上并觸發其轉胞吞作用，快速外滲至腫瘤組織中，進而通過腫瘤細胞的轉胞吞作用實現高效的腫瘤滲透。多功能集成聚合物的設計思路是將多種功能集成于一種聚合物中，使其具備多種優勢，從而更有效地實現主動轉胞吞和抗腫瘤藥物遞送。這種設計可以綜合利用腫瘤微環境響應性、細胞膜親和性等多種特性，提高納米藥物的性能。復旦大學蔣晨教授、孫濤副教授團隊設計并制備的可觸發轉胞吞作用的多功能藥物共遞送系統PODEA-Gem-HMI，就是多功能集成聚合物的一個典型例子。該系統基于兩性離子聚合物PODEA，其具有強磷脂親和力，但對蛋白質親和力較弱，保證了納米粒的體內長循環。到達腫瘤組織后，納米顆粒會響應微酸環境并釋放地法替尼。PODEA獨特的結構使得偶聯物能夠與細胞膜可逆結合并誘導吸附介導的轉胞吞作用，促進藥物的外滲和穿透。為避免吉西他濱被非腫瘤細胞攝取并引發副作用，將吉西他濱通過還原物質響應二硫鍵與聚合物主鏈相連。當偶聯物被腫瘤細胞內化時，細胞內高濃度的谷胱甘肽可以破壞二硫鍵并釋放吉西他濱以抑制腫瘤增殖。還利用新型聚合物激動劑PHMI激活STING通路，促進相關細胞因子的表達，激活抗腫瘤免疫反應。這種多功能集成的設計使得該藥物遞送系統在原位胰腺導管腺癌（PDAC）模型中顯示出優異的抗腫瘤效果。在聚合物的設計與合成過程中，常用的方法包括自由基聚合、離子聚合、開環聚合等。自由基聚合是一種較為常見的聚合方法，通過引發劑產生自由基，引發單體進行聚合反應。它具有反應條件溫和、操作簡便等優點，能夠用于合成多種類型的聚合物。在合成一些具有特定功能的聚合物時，如含有特定側鏈基團的聚合物，可以通過選擇合適的單體和引發劑，利用自由基聚合的方法來實現。離子聚合則是利用離子引發劑引發單體進行聚合反應，根據引發劑的不同，可分為陽離子聚合和陰離子聚合。陽離子聚合適用于一些具有推電子基團的單體，如乙烯基醚類單體；陰離子聚合則適用于具有吸電子基團的單體，如苯乙烯、丁二烯等。離子聚合具有反應速度快、聚合物分子量分布窄等優點，能夠精確控制聚合物的結構和分子量。開環聚合是指環狀單體在引發劑或催化劑的作用下開環，形成線性聚合物的過程。一些具有環狀結構的單體，如環氧化合物、環酯、環醚等，可以通過開環聚合的方法制備相應的聚合物。開環聚合能夠合成具有特殊結構和性能的聚合物，如聚醚、聚酯等。三、高效抗腫瘤納米藥物構建3.1納米藥物載體選擇納米藥物載體在腫瘤治療領域中扮演著至關重要的角色，其性能直接影響著納米藥物的治療效果。常見的納米藥物載體主要包括脂質體、聚合物納米粒和無機納米粒子等，它們各自具有獨特的優缺點。脂質體作為一種被廣泛研究和應用的納米藥物載體，是由磷脂等類脂物質形成的雙分子層膜包裹藥物分子而構成的納米級囊泡。其具有良好的生物相容性，這是因為磷脂是構成生物膜的主要成分，與人體細胞的細胞膜結構相似，因此在體內不易引起免疫反應。脂質體還具有較好的靶向性，通過對其表面進行修飾，如連接特異性的抗體、配體等，可以實現對腫瘤細胞的主動靶向遞送。可以將腫瘤特異性抗體連接到脂質體表面，使其能夠特異性地識別并結合腫瘤細胞表面的抗原，從而提高藥物在腫瘤組織中的濃度。脂質體能夠有效降低藥物的毒副作用，因為它可以將藥物包裹在內部，減少藥物與正常組織的接觸，降低對正常細胞的損傷。脂質體也存在一些不足之處。其穩定性較差，在儲存和血液循環過程中容易發生聚集、融合和藥物泄漏等問題。這是由于脂質體的雙分子層膜結構相對脆弱，容易受到外界環境因素的影響，如溫度、pH值、離子強度等。脂質體的載藥量有限，對于一些需要高劑量給藥的藥物，可能無法滿足治療需求。這是因為脂質體的內部空間有限，且藥物與脂質體的結合方式和結合能力也會影響載藥量。聚合物納米粒是由合成或天然聚合物材料制備而成的納米級粒子，具有可控的藥物釋放特性。通過選擇不同的聚合物材料和調整制備工藝，可以實現藥物的緩釋、控釋或脈沖式釋放。使用聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）制備的聚合物納米粒，能夠在體內緩慢降解，實現藥物的持續釋放，延長藥物的作用時間。聚合物納米粒的載藥量相對較高，可以負載更多的藥物分子。這是因為聚合物材料具有較大的分子體積和多樣的化學結構，能夠通過物理吸附、化學鍵合等方式與藥物分子結合，增加藥物的負載量。聚合物納米粒的穩定性較好，在儲存和體內環境中能夠保持相對穩定的結構和性能。這是由于聚合物材料具有較強的分子間作用力和化學穩定性，能夠抵抗外界環境因素的干擾。聚合物納米粒也存在一些問題。部分聚合物材料的生物相容性有待提高，可能會引起機體的免疫反應或毒性反應。一些合成聚合物在體內的降解產物可能對人體細胞產生不良影響，需要進一步優化材料的結構和性能。聚合物納米粒的制備過程相對復雜，需要嚴格控制反應條件和參數，以確保納米粒的質量和性能的一致性。這增加了制備成本和質量控制的難度，限制了其大規模生產和應用。無機納米粒子是指由無機材料制備而成的納米級粒子，如金納米粒子、二氧化硅納米粒子、磁性納米粒子等。它們具有獨特的物理化學性質，如良好的光學、電學、磁學性能等，這些性質為納米藥物的設計和應用提供了更多的可能性。金納米粒子具有獨特的表面等離子體共振特性，在近紅外光照射下能夠產生熱效應，可用于光熱治療；磁性納米粒子在外加磁場的作用下能夠定向移動，可實現對腫瘤組織的靶向遞送。無機納米粒子通常具有較高的穩定性和機械強度，能夠在復雜的體內環境中保持結構完整。這使得它們能夠有效地保護藥物分子，防止藥物在運輸過程中被降解或失活。無機納米粒子也存在一些局限性。其生物相容性和生物可降解性較差，在體內可能會長期積累，對機體產生潛在的毒性作用。一些金屬納米粒子可能會與生物分子發生相互作用，干擾細胞的正常生理功能。無機納米粒子的制備和表面修飾技術要求較高，成本也相對較高，限制了其大規模應用。主動轉胞吞型聚合物作為一種新型的納米藥物載體，具有獨特的優勢。它能夠巧妙地利用腫瘤內細胞密度高的特點，讓血管上皮細胞和腫瘤細胞“主動地”在細胞間傳遞納米藥物，從而不依賴于EPR效應將納米藥物傳遞到血管外，有效地避開腫瘤微環境對納米粒子被動擴散的阻礙和尺寸的限制。這種主動轉胞吞的作用機制使得納米藥物能夠更高效地滲透到腫瘤組織中，尤其是腫瘤深部的細胞，提高藥物的遞送效率和治療效果。主動轉胞吞型聚合物還可以通過合理設計其結構和功能，實現對腫瘤細胞的特異性識別和靶向遞送。通過引入對腫瘤細胞表面受體具有特異性親和力的基團，使聚合物能夠精準地結合腫瘤細胞，進一步增強納米藥物的靶向性。一些主動轉胞吞型聚合物還具有對腫瘤微環境的響應性，如pH響應、氧化還原響應等。在腫瘤微酸性環境或高濃度谷胱甘肽的條件下，聚合物的結構和性質會發生變化，從而觸發藥物的釋放，實現藥物的精準釋放和高效治療。3.2藥物負載與釋放機制藥物負載到主動轉胞吞型聚合物納米載體的方法主要包括物理包埋和化學偶聯。物理包埋是利用納米載體的內部空間或表面吸附作用，將藥物分子包裹在其中。這種方法操作相對簡單，對藥物的結構和活性影響較小，適用于多種類型的藥物。在制備主動轉胞吞型聚合物納米粒時，可以通過自組裝的方式，將藥物分子與聚合物在特定條件下混合，使藥物分子被包裹在納米粒的內部形成核-殼結構。通過調節聚合物與藥物的比例、溶液的pH值、離子強度等條件，可以控制納米粒的粒徑和載藥量。采用乳化-溶劑揮發法制備負載阿霉素的主動轉胞吞型聚合物納米粒，將溶解有聚合物和阿霉素的有機相加入到含有表面活性劑的水相中，通過高速攪拌或超聲處理形成乳液，然后揮發有機相，使聚合物在水相中固化形成納米粒，阿霉素則被包埋在納米粒內部。化學偶聯則是通過化學反應將藥物分子與聚合物以共價鍵的形式連接起來。這種方法能夠使藥物與聚合物之間形成穩定的結合，減少藥物在運輸過程中的泄漏，同時還可以通過選擇合適的連接子，實現對藥物釋放的精確控制。利用含有活性基團（如羧基、氨基、巰基等）的聚合物與藥物分子上的相應基團發生化學反應，形成共價鍵連接。在合成主動轉胞吞型聚合物時，可以在聚合物鏈上引入具有反應活性的酯鍵、酰胺鍵、二硫鍵等連接子，然后將藥物分子通過這些連接子與聚合物偶聯。將化療藥物喜樹堿（CPT）通過酯鍵與主動轉胞吞型聚合物偶聯，形成聚合物-藥物共軛物。這種共軛物在血液循環中能夠保持穩定，當到達腫瘤部位后，在腫瘤微環境中酯酶的作用下，酯鍵水解，釋放出CPT，發揮抗腫瘤作用。腫瘤微環境具有獨特的生理和化學特征，如低pH值、高濃度的谷胱甘肽（GSH）、豐富的酶類等，這些特征為納米藥物的可控釋放提供了觸發因素。pH響應是腫瘤微環境響應型藥物釋放機制中較為常見的一種。腫瘤組織由于其快速增殖和代謝旺盛，無氧糖酵解增強，導致乳酸等酸性代謝產物積累，使得腫瘤組織的pH值通常在6.5-7.2之間，明顯低于正常組織的pH值（約為7.4）。基于此，研究人員設計了一系列pH響應型主動轉胞吞型聚合物納米藥物。一些含有弱酸性或弱堿性基團的聚合物，在生理pH條件下，這些基團處于解離或不解離狀態，聚合物保持相對穩定；而當進入腫瘤微酸性環境時，基團的解離狀態發生改變，導致聚合物的結構和性質發生變化，如電荷反轉、溶解度改變等，從而觸發藥物的釋放。一種含有叔胺基團的主動轉胞吞型聚合物納米粒，在生理pH下，叔胺基團質子化程度較低，納米粒表面電荷呈中性，藥物被穩定地包裹在納米粒內部；當處于腫瘤微酸性環境時，叔胺基團質子化程度增加，納米粒表面帶正電荷，納米粒的結構發生變化，藥物從納米粒中釋放出來。這種pH響應性的藥物釋放機制能夠使納米藥物在腫瘤部位特異性地釋放藥物，提高藥物的治療效果，減少對正常組織的損傷。腫瘤細胞內的GSH濃度比正常細胞高100-1000倍，利用這一差異，可以設計氧化還原響應型主動轉胞吞型聚合物納米藥物。在這類納米藥物中，通常引入二硫鍵等氧化還原敏感基團。在血液循環中，由于GSH濃度較低，二硫鍵保持穩定，藥物被穩定地負載在納米載體中；當納米藥物進入腫瘤細胞后，高濃度的GSH會還原二硫鍵，使聚合物發生解聚或結構變化，從而釋放出藥物。將化療藥物與主動轉胞吞型聚合物通過二硫鍵連接，形成聚合物-藥物共軛物。在血液循環中，共軛物保持穩定；當進入腫瘤細胞后，細胞內高濃度的GSH還原二硫鍵，藥物從共軛物中釋放出來，發揮抗腫瘤作用。這種氧化還原響應性的藥物釋放機制能夠實現藥物在腫瘤細胞內的精準釋放，增強納米藥物的靶向性和治療效果。腫瘤組織中存在多種高表達的酶，如蛋白酶、酯酶、磷酸酶等，利用這些酶的特異性催化作用，可以設計酶響應型主動轉胞吞型聚合物納米藥物。在這類納米藥物中，通常引入對腫瘤組織中高表達酶敏感的底物基團。當納米藥物到達腫瘤部位后，腫瘤微環境中的酶能夠特異性地水解底物基團，導致聚合物的結構和性能發生改變，從而釋放出藥物。將化療藥物與主動轉胞吞型聚合物通過肽鍵連接，形成聚合物-藥物共軛物。腫瘤組織中高表達的蛋白酶能夠水解肽鍵，使藥物從共軛物中釋放出來。這種酶響應性的藥物釋放機制能夠使納米藥物在腫瘤部位特異性地釋放藥物，提高藥物的治療效果，減少對正常組織的損傷。3.3納米藥物性能優化納米藥物的粒徑對其腫瘤靶向性、生物利用度和療效有著重要影響。在腫瘤組織中，納米藥物需要通過血管壁的孔隙進入腫瘤組織，而血管壁孔隙的大小通常在幾十到幾百納米之間。粒徑較小的納米藥物（一般小于100nm）更容易通過這些孔隙，實現腫瘤組織的富集。研究表明，當納米藥物的粒徑從200nm減小到50nm時，其在腫瘤組織中的滲透效率可提高數倍。粒徑過小的納米藥物可能會在血液循環中被快速清除，導致其在體內的循環時間縮短，無法有效地到達腫瘤部位。因此，需要在納米藥物的粒徑和循環時間之間找到一個平衡點。一些研究通過對納米藥物粒徑的精確控制，制備出粒徑在60-80nm之間的納米藥物，既保證了其在腫瘤組織中的滲透能力，又延長了其在血液循環中的時間，從而提高了治療效果。表面電荷也是影響納米藥物性能的重要因素之一。納米藥物的表面電荷會影響其與生物分子和細胞的相互作用，進而影響其在體內的分布和靶向性。表面帶正電荷的納米藥物可以與細胞膜表面的負電荷相互吸引，增強與細胞的結合力，促進細胞攝取。在一些研究中，將帶正電荷的聚合物修飾在納米藥物表面，使其能夠更有效地被腫瘤細胞攝取，提高了藥物的抗腫瘤活性。表面帶正電荷的納米藥物在血液循環中容易與血漿蛋白結合，形成蛋白冠，從而改變納米藥物的表面性質和生物學行為，增加非特異性吸附和免疫清除的風險。而表面帶負電荷或中性的納米藥物在血液循環中相對穩定，但可能會降低其與腫瘤細胞的親和力。因此，需要對納米藥物的表面電荷進行合理調控。一種常用的方法是在納米藥物表面引入兩性離子基團，使其在不同的環境中表現出不同的電荷性質。在生理環境下，兩性離子基團呈電中性，減少了與血漿蛋白的非特異性吸附；而在腫瘤微酸性環境中，兩性離子基團的電荷發生變化，增強了與腫瘤細胞的相互作用。納米藥物的穩定性對于其在體內的有效遞送和治療效果至關重要。在血液循環過程中，納米藥物需要保持穩定的結構和性能，以避免藥物的提前釋放和載體的降解。納米藥物在儲存過程中也需要保持穩定，防止其聚集、沉淀或發生其他物理化學變化。為了提高納米藥物的穩定性，研究人員通常會采用一些表面修飾和結構優化的方法。在納米藥物表面引入聚乙二醇（PEG）等親水性聚合物，形成PEG化的納米藥物。PEG具有良好的親水性和空間位阻效應，能夠在納米藥物表面形成一層保護膜，減少其與血漿蛋白的相互作用，延長納米藥物在體內的循環時間，同時還能提高納米藥物的穩定性，防止其聚集和沉淀。一些研究通過優化納米藥物的結構，如采用核-殼結構、交聯結構等，增強納米藥物的穩定性。核-殼結構的納米藥物可以將藥物包裹在內部的核中，外部的殼層起到保護和穩定的作用；交聯結構則可以通過化學鍵的作用，增強納米藥物的結構穩定性，減少藥物的泄漏和載體的降解。四、主動轉胞吞型聚合物在抗腫瘤納米藥物中的應用案例4.1OPDEA-PSN38膠束的應用在腫瘤治療領域，納米藥物的研究一直是熱點與難點。浙江大學申有青教授團隊在主動轉胞吞型高效抗腫瘤納米藥物的研究上取得了突破性進展，他們設計的OPDEA-PSN38膠束為腫瘤治療帶來了新的希望。OPDEA-PSN38膠束的結構設計獨具匠心。研究人員設計合成了一種含有三級胺氮氧結構的兩性離子聚合物OPDEA，它具有不吸附蛋白質卻能與細胞膜可逆吸附的特性。基于此，利用OPDEA攜載化療藥物7-乙基-10-羥基喜樹堿（SN38）制備了腫瘤主動滲透型納米載藥膠束（OPDEA-PSN38）。該膠束以OPDEA為親水外層、以SN38前藥聚合物為疏水內核，形成了穩定的納米結構。這種獨特的結構使得膠束在血液循環中能夠保持穩定，同時又具備了與細胞膜相互作用的能力。其作用機制基于主動轉胞吞原理，展現出高效的腫瘤靶向性。尾靜脈注射后，OPDEA-PSN38膠束能可逆地吸附到紅細胞上而不吸附血漿蛋白，這一特性保證了其具有較好的血液長循環能力。當膠束到達腫瘤部位后，能弱吸附在腫瘤血管內皮細胞上并觸發其轉胞吞作用，快速外滲至腫瘤組織中。腫瘤細胞又會通過轉胞吞作用攝取膠束，實現高效的腫瘤滲透，能夠浸潤到乏血管、缺氧甚至壞死區域，從而將藥物遞送到所有細胞，最終徹底消滅腫瘤組織中所有的腫瘤細胞。與傳統納米藥物依賴的EPR效應不同，OPDEA-PSN38膠束巧妙地利用了腫瘤內細胞密度高的特點，讓血管上皮細胞和腫瘤細胞“主動地”在細胞間傳遞納米藥物，有效地避開了腫瘤微環境對納米粒子被動擴散的阻礙和尺寸的限制。在多種荷瘤小鼠模型中，OPDEA-PSN38膠束展現出了優異的抑瘤效果。在肝癌皮下小腫瘤模型中，給予OPDEA-PSN38膠束治療后，腫瘤體積明顯縮小，生長受到顯著抑制。對于起始腫瘤大小為70mm3的小腫瘤，在常規給藥劑量下，該膠束能夠將其完全清除。在肝癌皮下大腫瘤模型中，即使起始腫瘤大小達到500mm3，OPDEA-PSN38膠束依然表現出強大的抑瘤能力，使腫瘤迅速萎縮。在肝癌原位模型中，膠束能夠有效抑制腫瘤的生長，延長荷瘤小鼠的生存期。在人源腫瘤異種移植模型中，OPDEA-PSN38膠束同樣展現出良好的抗腫瘤活性，對人源腫瘤細胞具有顯著的殺傷作用。與臨床一線化療藥物伊立替康（CPT-11）及其脂質體相比，OPDEA-PSN38膠束在抑制腫瘤生長方面表現更為出色，且生物安全性良好，不會產生停藥反彈等副作用。這表明OPDEA-PSN38膠束不僅能夠高效地治療腫瘤，還能避免傳統化療藥物帶來的一系列問題，為腫瘤患者提供了更安全、有效的治療選擇。4.2PBEAGA-CPT偶聯物的應用浙江大學申有青教授團隊和加州大學洛杉磯分校顧臻教授團隊合作，在納米藥物主動滲透領域取得了重要突破，開發出了PBEAGA-CPT偶聯物。該偶聯物基于主動轉胞吞原理設計，巧妙地利用了腫瘤血管的內皮細胞上及血管附近腫瘤細胞高表達γ-谷氨酰轉肽酶（GGT）的特點。PBEAGA-CPT偶聯物的設計獨具匠心，聚合物PBEAGA以離子對型的γ-谷氨酰基為側基，這一結構賦予了它高水溶性和電中性，使其具有與金標準聚乙二醇（PEG）相當的長血液循環時間。在血液循環中，PBEAGA-CPT偶聯物能夠保持穩定，減少被免疫系統清除的風險，從而有效地延長了在體內的循環時間，為其到達腫瘤部位并發揮作用提供了保障。當PBEAGA-CPT偶聯物到達腫瘤部位后，腫瘤細胞表面高表達的GGT發揮了關鍵作用。GGT能夠水解掉聚合物PBEAGA上的γ-谷氨酰基，從而產生胺基，使聚合物帶上正電荷。這種電荷的轉變是觸發主動轉胞吞作用的關鍵步驟，陽離子化的偶聯物能夠促使血管表皮細胞或者腫瘤細胞快速內吞，進而觸發轉胞吞作用和在腫瘤組織內的跨細胞傳遞。與傳統納米藥物依賴的被動擴散方式不同，這種依賴細胞耗能的內吞/外排主動滲透策略，讓納米藥物能夠“主動地”在細胞間傳遞，避開了腫瘤組織致密微環境構成的天然生物屏障，克服了納米藥物大尺寸導致擴散能力低的天然缺陷。體內滲透實驗直觀地展示了PBEAGA-CPT偶聯物的高效滲透能力。納米藥物經尾靜脈注射十分鐘后，PBEAGA-CPT的紅色熒光就已經外滲出腫瘤毛細血管并遍布整個腫瘤區域，這表明偶聯物能夠迅速突破血管屏障，進入腫瘤組織。不到一小時后，整個腫瘤組織內的藥物濃度就和腫瘤血管內的濃度相當，這一結果充分證明了PBEAGA-CPT偶聯物在實體瘤中具有快速滲透分布的能力，能夠在短時間內使藥物均勻地分布在腫瘤組織中，為后續的抗腫瘤治療奠定了堅實的基礎。在多種動物模型中，PBEAGA-CPT偶聯物展現出了顯著的抑瘤效果。在小腫瘤模型中，起始體積為100立方毫米的小腫瘤，經過尾靜脈注射PBEAGA-CPT偶聯物治療后，能夠被完全治愈，這表明偶聯物對于早期腫瘤具有強大的殺傷能力，能夠有效地抑制腫瘤的生長和擴散。對于難以治療的大腫瘤，如已處于指數增長、體積達500立方毫米的大腫瘤，尾靜脈給藥后，腫瘤體積迅速萎縮，停藥半月后也未見明顯反彈，抑瘤率高達98%。這一結果顯示了PBEAGA-CPT偶聯物在治療晚期大腫瘤方面的巨大潛力，能夠顯著縮小腫瘤體積，延長患者的生存期。研究者還挑戰了號稱癌癥之王的“胰腺癌”，建立了胰腺癌原位模型。實驗結果表明，與臨床一線藥物吉西他濱相比，PBEAGA-CPT可顯著抑制腫瘤的生長，大大延長了實驗小鼠的存活期。胰腺癌由于其惡性程度高、治療難度大，一直是腫瘤治療領域的難題，PBEAGA-CPT偶聯物在胰腺癌原位模型中的出色表現，為胰腺癌的治療提供了新的希望和策略。4.3PODEA-Gem-HMI納米粒的應用復旦大學蔣晨教授、孫濤副教授團隊針對胰腺導管腺癌（PDAC）的病理特征和臨床需求，精心設計并制備了一種可觸發轉胞吞作用的多功能藥物共遞送系統PODEA-Gem-HMI。胰腺導管腺癌作為胰腺癌的主要腫瘤類型，占胰腺癌病例的80%-90%。其癌組織中除了導管上皮細胞成分外，還存在大量纖維組織，導致血供較差，化療藥物難以進入，預后不佳。傳統納米醫學主要通過調控納米粒子的粒徑或電學特性，利用細胞旁途徑深入PDAC，而跨細胞途徑往往被忽視。研究表明，轉胞吞已成為腫瘤中轉運大分子營養物質的重要方式，合理設計可觸發轉胞吞作用的納米藥物，為克服PDAC中藥物遞送的瓶頸提供了新的可能。PODEA-Gem-HMI納米粒的結構設計巧妙，基于兩性離子聚合物PODEA構建。PODEA具有強磷脂親和力，但對蛋白質親和力較弱，這一特性保證了納米粒在體內的長循環。化療藥物吉西他濱通過還原物質響應二硫鍵與聚合物主鏈相連，新型聚合物激動劑PHMI則被整合到納米粒中，用于激活STING通路。這種多功能集成的設計，使納米粒能夠在不同的生理環境下發揮多種作用。其作用機制獨特，充分利用了主動轉胞吞原理。到達腫瘤組織后，納米顆粒會響應微酸環境并釋放地法替尼。PODEA獨特的結構使得偶聯物能夠與細胞膜可逆結合并誘導吸附介導的轉胞吞作用（AMT），促進藥物的外滲和穿透。為避免吉西他濱被非腫瘤細胞攝取并引發副作用，將吉西他濱通過還原物質響應二硫鍵與聚合物主鏈相連。當偶聯物被腫瘤細胞內化時，細胞內高濃度的谷胱甘肽（GSH）可以破壞二硫鍵并釋放吉西他濱，從而抑制腫瘤增殖。PHMI能夠凝聚STING單體，延長自發免疫刺激，激活抗腫瘤免疫反應。在原位PDAC模型中，PODEA-Gem-HMI納米粒展現出了優異的抗腫瘤效果。與傳統治療方法相比，該納米粒能夠更有效地穿透腫瘤組織，到達腫瘤深部的細胞，提高藥物的遞送效率。吉西他濱的精準釋放和抗腫瘤免疫反應的激活，協同作用，顯著抑制了腫瘤的生長。實驗結果表明，接受PODEA-Gem-HMI納米粒治療的小鼠，腫瘤體積明顯減小，生存期顯著延長。這種多功能藥物共遞送系統，不僅提高了化療藥物的療效，還降低了藥物的副作用，為胰腺癌的治療提供了新的策略和方法。其獨特的設計和顯著的療效，展示了在臨床轉化方面的巨大潛力，有望為胰腺癌患者帶來新的希望。五、結論與展望5.1研究成果總結本研究圍繞主動轉胞吞型聚合物的設計與高效抗腫瘤納米藥物的構建展開，取得了一系列具有重要理論和實踐意義的研究成果。在主動轉胞吞型聚合物設計原理方面，深入剖析了轉胞吞作用機制，明確了其在腫瘤發生、發展和轉移過程中的關鍵作用，為主動轉胞吞型聚合物的設計提供了重要的理論基礎。系統研究了聚合物設計的關鍵要素，包括聚合物結構、與細胞膜和蛋白質的親和力以及對腫瘤微環境的響應性等，揭示了這些要素對聚合物主動轉胞吞性能的影響規律。在此基礎上，提出了多種創新的設計策略與方法，如腫瘤微環境響應型聚合物設計、細胞膜親和性聚合物設計和多功能集成聚合物設計等，并通過自由基聚合、離子聚合、開環聚合等方法成功合成了一系列具有特定結構和性能的主動轉胞吞型聚合物。在高效抗腫瘤納米藥物構建方面，全面分析了常見納米藥物載體的優缺點，明確了主動轉胞吞型聚合物作為納米藥物載體的獨特優勢。通過物理包埋和化學偶聯等方法，成功將抗腫瘤藥物負載到主動轉胞吞型聚合物納米載體上，并深入研究了藥物負載與釋放機制，實現了藥物在腫瘤微環境中的可控釋放。通過對納米藥物粒徑、表面電荷和穩定性等性能的優化，顯著提高了納米藥物的腫瘤靶向性、生物利用度和療效。在主動轉胞吞型聚合物在抗腫瘤納米藥物中的應用案例方面，詳細介紹了OPDEA-PSN38膠束、PBEAGA-CPT偶聯物和PODEA-Gem-HMI納米粒等典型主動轉胞吞型抗腫瘤納米藥物的設計、制備、作用機制和應用效果。這些納米藥物在多種荷瘤小鼠模型和原位腫瘤模型中均表現出優異的抑瘤效果，能夠有效抑制腫瘤生長、延長荷瘤小鼠的生存期，且生物安全性良好。OPDEA-PSN38膠束能可逆地吸附到紅細胞上實現長循環，到達腫瘤部位后通過主動轉胞吞作用快速外滲并滲透至腫瘤組織各個區域，在肝癌皮下小腫瘤模型、大腫瘤模型、原位模型和人源腫瘤異種移植模型中均展現出強大的抑瘤能力，與臨床一線化療藥物伊立替康及其脂質體相比，具有更顯著的療效和更好的安全性。PBEAGA-CPT偶聯物利用腫瘤血管內皮細胞和腫瘤細胞高表達的γ-谷氨酰轉肽酶，實現了納米藥物在腫瘤組織中的主動滲透，在多種動物模型中，包括小腫瘤模型、大腫瘤模型和胰腺癌原位模型，都顯示出顯著的抑瘤效果，為胰腺癌等難治性腫瘤的治療提供了新的策略。PODEA-Gem-HMI納米粒則針對胰腺導管腺癌的病理特征，通過觸發轉胞吞作用實現了化療藥物和免疫調節劑的高效共