纳米药物 7、纳米基因药物.doc

第7章 纳米基因药物 7.1 概述 自20世纪70年代DNA重组技术诞生以来，以重组DNA技术为核心的现代生物技术产业蓬勃发展。1976年，世界上第一家应用生物技术开发新药的公司（Gentech 公司）建立，开创了现代生物技术产业发展的新纪元。 1982年美国Lilly 公司首先将重组胰岛素投放市场，标志世界第一个基因工程药物的诞生。接着，美、日、英、瑞士等国先后批准了10余种基因工程药品上市。例如，EPO、G-CSF、tPA等，在治疗肿瘤等一系列疾病上取得明显的疗效。 此后，以基因工程药物为主的各种基因工程产品和细胞工程产品层出不穷，并陆续商品化。基因工程药物因其疗效好，副作用小，应用范围广泛而成为各国政府和企业投资开发的热点领域，大量的基因工程药品连续问世，年产值达数十亿美元。 基因工程药物是将目的基因用DNA 重组的方法连接在载体上，然后将载体导入靶细胞（微生物、动物细胞或人体组织靶细胞），使目的基因在靶细胞中得以表达，最后将表达的目的蛋白质提纯及做成制剂，从而成为蛋白质药物或疫苗。这就称为基因工程药物。现有或正在开发中的基因工程药物大致有以下几类：单克隆抗体、疫苗、基因治疗药物、干扰素、白介素、生长因子、重组可溶性受体、反义药物、人生长技术、组织纤溶酶原激活剂、凝血因子、集落刺激因子、促红细胞生成素及超氧化物歧化酶（SOD）等，若目的基因直接在人体组织靶细胞中表达，就成为基因治疗（Gene therapy）。 广义基因治疗是指利用基因药物的治疗。通常所说的基因治疗，即狭义基因治疗，是指用完整的基因进行基因替代治疗，一般用DNA序列主要的治疗途径是体外（ex vivo）基因治疗，即在体外用基因转染病人靶细胞，然后将经转染的靶细胞输入病人体大部分基因治疗临床试验都是体外基因治疗，先从病人体内获得某种细胞（例如T淋巴细胞），进行培养，在体外完成基因转移后，筛选成功转移的细胞扩增培养，然后重新输入患者体内。这种方法操作复杂，但效果较为可靠。可以用基因药物进行直接体内治疗，基因药物可以是完整基因基因片段（包括DNA或RNA）；可以是替代治疗抑制性治疗。例如，1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒为载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因cfdr in vivo）基因治疗。viral vector）和非病毒载体（non-viral vector）两种。基于本书为“纳米药物”，故本章重点阐述与纳米技术关系密切的非病毒载体。 非病毒纳米基因载体的研究在近几年愈来愈受到人们的重视。到目前为止，研究者们已设计了多种类型且各有特点的非病毒纳米基因载体，主要包括脂质体（liposome vector）和阳离子聚合物（cationic polymer vector），如壳聚糖、多聚赖氨酸、树状大分子等。 非病毒纳米基因载体的本质是将基因治疗中的基因看作药物，然后从药剂学和生物药剂学的角度来考虑如何把基因导入靶细胞或组织、器官并进行表达。由于常用的DNA为超螺旋或开环结构，空间体积太大，并且不能有效主动地进入细胞，因此必须进行压缩（condensation）或利用其它分子或技术的辅助。DNA分子在加入诸如多价阳离子（Ca2+、Co3+、La3+等）、脂质体、阳离子聚合物、酒精或碱性蛋白后通过压缩过程可以组装成高度有序的结构，使体积缩小为原来的百分之一以下，从而可以有效地进入细胞并进行转染。 7.2 纳米脂质体 纳米脂质体介导的基因转移有以下的优势：纳米脂质体与细胞膜融合将目的基因导入细胞后即被降解，对细胞无毒副作用，可反复给药；纳米脂质体与基因的复合容易，制备简单，重复性好，易于大量生产；纳米脂质体不激活癌基因和免疫反应；DNA或RNA与纳米脂质体复合后，不易被灭活或被核酸酶降解；纳米脂质体携带的基因可转运至特定部位，操作简单快速，重复性好。 纳米脂质体介导的基因转移面临的主要问题是脂质体对靶细胞缺乏识别能力，基因透过细胞膜的能力较低，以及脂质体在血浆中的稳定性较差。为了解决以上问题，研究人员根据需要对脂质体进行了适当的修饰来制备各种类型的纳米脂质体，如阳离子纳米脂质体、聚阳离子纳米脂质体、免疫纳米脂质体、融合纳米脂质体、pH敏感纳米脂质体和长循环纳米脂质体等[1-5]，其中有关阳离子纳米脂质体的研究最为广泛。本节重点介绍阳离子纳米脂质体（cationic nano-liposome）。 7.2.1 阳离子纳米脂质体的组成 1987年，Felgner等[6]首次将等量的氯化三甲基-2, 3-二油烯氧基丙基铵（DOTMA）和二油酰基磷脂酰乙醇胺（DOPE）制成小单层脂质体，即转染试剂Lipofectin。实验结果表明此转染试剂可有效地用于DNA转染。1989年将该转染试剂用于RNA的转染，发现其可高效转移RNA到人、鼠等多种动物细胞内。这一