Cell:Afor
YaoLiu,Luo,Chen,WeiLiu*,Chen*
Nano-MicroLett.(2019)11:100
本文亮點
1本文綜述了近些年來細胞膜包裹納米粒在抗生素遞送、腫瘤診治、血管疾患、免疫調節、解毒等方面的應用進展。
2本文搜集了近六年來與該技術相關的專利申請，全面討論了該技術未來的挑戰和發展趨勢。
3細胞膜包裹納米粒的奇特性質使其成為生物醫學應用中一種有特別有發展前途的策略，并將為人類健康作出突出貢獻。
內容簡介
上海中醫藥學院陳桐楷課題組和上海學院劉威課題組合作，對近六年來細胞膜仿生技術的研究進展進行了全面的總結和討論。碩士研究生劉瑤為論文的第一作者。
細胞膜仿生技術是一種仿生復制細胞膜特點的方式，將天然細胞膜特點與人工內芯材料的特點結合上去，因而大大增強生物相容性，同時在體內實現長效循環和靶點遞送。雖然細胞膜包裹的納米粒具有顯著的優勢，但在其應用于臨床之前還有好多工作要探求。
在這篇綜述中，作者首先對細胞膜仿生技術的理論進行了全面概述，總結了現有的制備和表征技術。接出來，重點介紹了各類細胞膜類型的功能和應用。據悉，作者整理了用于細胞膜仿生技術的模型抗生素，并回顧了過去六年來與該技術相關的專利申請。最后，作者對這項技術的未來挑戰和趨勢進行了展望，以期對細胞膜仿生技術的未來發展提供一個全面的概述。
研究背景
納米粒子早已在癌癥的確診和醫治領域得到了廣泛的研究，在抗生素遞送、光熱療法、診斷成像和光動力療法等方面具有潛在的應用空間。目前，聚乙二醇被廣泛用作修飾納米粒表面的金標準方式，用于逃避網狀內皮系統的清理。但是，近來的研究表明，經聚乙二醇修飾的納米抗生素，在持續給藥后被腸道迅速消除細胞膜抗原，這些現象被稱為“加速血液消除”。因而，大量研究工作旨在于研制更適宜體內抗生素遞送的仿生納米系統。其中，納米粒生物功能化最突出的技術就是細胞膜仿生技術。細胞膜仿生技術是一種簡單的自上而下的方式，借助細胞膜作為載體，在不考慮內核納米材料特性的情況下，促使核內納米粒在體內的長循環和靶點遞送。
圖文導讀
I細胞膜仿生技術的理論基礎
細胞膜包裹的納米粒融合了原細胞和內核納米粒的優點。這些細胞膜仿生技術的起源可以溯源到2011年，張良方課題組首次報導了這項技術，他的團隊采取自上而下的策略，借助完整的細胞膜包裹納米粒。與合成的“隱形”顆粒相比，被紅細胞膜包裹的納米顆粒在大鼠體內的半衰期更長，在循環中的滯留時間歷時72小時。所制備的納米顆粒既具有納米載體本身的理化性質，又具有天然細胞的生物學性質。細胞膜實現免疫逃避不是通過躲避來完成的，而是穿上敵方的軍服，膜蛋白相當于它們的通行證，致使它們能在體內大方自由地運送。常規的細胞膜包裹納米粒的制備可分為三個關鍵步驟：膜提取、內核納米載體的制備和融合（圖1），每一個步驟都是納米粒功能化的關鍵。
圖1通過化學共擠出方式進行細胞膜包裹。通過低滲處理、反復凍融或超聲波破壞獲得合適的細胞膜后細胞膜抗原，與合成的納米粒通過微孔聚碳香豆素膜共擠壓。
制備后，須要對細胞膜包裹納米粒的表征包括對其理化和生物學特點的表征，以確認細胞膜已成功地刻蝕在納米粒表面。細胞膜包裹的成功與否取決于納米粒的大小、表面電荷和蛋白質組成（圖2）。
圖1細胞膜包裹納米粒的表征。(a)顯示核-殼的結構TEM圖象。(b)血小板膜衍生載體包裹硅顆粒的掃描電鏡圖象。(c)平均粒徑大小和Zeta電位。(d)通過驗證的特點性膜蛋白的保留。(e)SDS-PAGE蛋白剖析。
II細胞膜仿生技術應用于抗生素遞送
紅細胞膜是生物源性的，在個別情況下，它們有可能替代聚乙二醇并克用藥物自身的限制。目前，大量的研究集中在紅細胞膜包裹的納米粒上，并定期開發出越來越智能的納米粒子。與紅細胞相比，血小板更適宜于靶點損傷組織和病變部位。血小板膜包裹的納米粒具有持久的體內循環和靶向性，是一種理想的給藥途徑。為此，這些方式為血管疾患的醫治提供了新的機會，包括心瓣再窄?。▓D3）和動脈粥樣硬化。鑒于白細胞有許多不同的亞型，白細胞包裹的納米粒可用于一系列不同的靶點抗生素傳遞應用，而無需進行重整修飾。癌細胞膜可以實現同源病變靶點性的手段，可以有效地靶點體內的癌癥。
圖2借助血小板膜包裹納米粒實現靶點遞送多西紫杉醇醫治心瓣再窄小。
III細胞膜仿生技術應用于癌癥醫治
光醫治是主動病變醫治研究的一個主要領域，紅細胞膜長循環特點在這一背景下具有很大的價值。血小板的黏附特點為克服光敏劑和光熱轉換材料在光醫治短發布不均的局限性提供了解決方式。光熱醫治依賴于熱損傷誘導癌細胞死亡，而這些損傷后的反饋可以促使血小板的被動靶點性，導致其額外的募集和光熱效應的提高。白細胞包裹的納米粒被證明是極其適宜光醫治的理想粒子，可提升體內活性光敏劑/光熱化合物的生物相容性和靶點性。早已開發出的幾種用于光醫治的癌細胞膜包裹納米粒子才能有效地靶點同源病變，以傳遞光敏劑/光熱化合物，但是與放療或病變饑餓策略相結合，才能達到明顯的抗肺癌療效（圖4）。
圖3癌細胞膜包裹的納米粒在光動力診治中的抗肺癌療效。
IV細胞膜仿生技術應用于免疫調節
中性粒細胞作為外周血中最豐富的白細胞，對發炎訊號有天然趨化的作用，在放療或手術中起著關鍵作用。癌細胞膜提供了一系列癌癥相關抗體，以剌激癌癥特異性免疫應答。研究表明，將卡介苗佐劑包在癌細胞膜中是一種有效的提升防癌免疫的方式，為癌癥免疫醫治提供了巨大的空間。
圖4中性粒細胞膜包裹的載藥納米粒改善關節炎大鼠模型的關節破壞。
V細胞膜仿生技術應用于祛痰
個別外毒素和內毒素化合物才能結合特定的細胞表面分子，這些性質可以被用于祛痰。細胞膜包覆的納米粒在體內作為毒素誘餌，吸收破壞毒素，減輕毒素對正常細胞的侵襲。目前，細胞膜包裹的納米粒已被應用于中和特定真菌毒素的新策略。
VI展望
天然細胞膜的奇特性質，包括其延長循環時間、免疫逃逸、粘附和同源靶點性的能力，為細胞膜仿生技術在納米醫學領域的新應用打開了房門。該技術中使用的細胞膜類型包括紅細胞膜、血小板膜、白細胞膜、癌細胞膜、干細胞膜、β細胞膜、成纖維細胞膜及其介孔膜。這種細胞膜包裹的納米粒已被證明可以實現有效的抗生素遞送、腫瘤診治、免疫調節和活血。介孔細胞膜的出現促使各類細胞膜類型的特點得以融合，這些策略在過去五年中得到了廣泛的應用。但是，目前與細胞膜仿生技術相關的研究還存在局限性。為了開發多功能智能細胞膜包裹納米粒，不可防止地須要對膜進行個別修飾，同時可能會形成一定的副作用。過量使用免疫細胞膜包裹的納米?？赡芡ㄟ^與免疫系統的互相作用誘發或加重增生，進而可能造成病理介質的釋放。其實細胞膜仿生技術仍未實現全面的臨床施行，但其顯著的優勢和豐富的細胞膜來源為其工業化生產提供了堅實的基礎。作者相信，在不久的將來，細胞膜包裹納米粒的研究和開發將為人類健康作出不可估量的貢獻。
作者簡介
陳桐楷
(本文通信作者)
上海中醫藥學院副院長，碩士生導師
▍主要研究領域
納米抗生素醫治癌癥和大腦疾患
▍主要研究成果
近些年來，已在,of,ACS&,等國際權威刊物上發表SCI論文20余篇。
▍Email:
劉威
(本文通信作者)
上海學院院長，博士生導師
▍主要研究領域
納米抗生素醫治癌癥和循環病變細胞剖析
▍主要研究成果
近些年來，已在,,,ACSNano,Nano等國際權威刊物上發表SCI論文50余篇。
▍Email:
撰稿：原文作者
