用于癌症应用的基于细胞的药物递送

介绍

癌症在医学领域仍然是一个不可逾越的疾病。化疗是癌症的主要治疗方法。但化疗药物带来的全身毒性和耐药性导致失败率增加[1]。近年来，研究人员专注于细胞或纳米颗粒（NPs）对药物的包封研究。化疗药物静脉给药会对人体产生很大的副作用。同时，许多药物对肿瘤细胞的渗透性和靶向性较差。化疗药物水溶性差也是一个常见的临床问题。幸运的是，新的载药技术的出现可能会解决这些问题[2]。使用细胞装载药物时，药物通常是通过低渗方法渗入细胞的。然而，通透性的变化会导致细胞变形，降低细胞膜的稳定性。 NPs与细胞的结合可以提高药物的包封和释放，成为近年来的研究热点[3, 4]。提高NPs的生物相容性、增强肿瘤靶向能力和延长循环是细胞衍生载体的主要优势。其中，增强靶向给药成为重要的关注点[5]。为了解决这一问题，研究人员对细胞表面进行修饰，提高DDS对肿瘤组织的靶向性，提高肿瘤组织中的药物浓度，最终达到有效的抑瘤作用[6]。本综述介绍了红细胞、血小板、免疫细胞、肿瘤细胞和干细胞封装药物或纳米粒的进展（表1）[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35]。

红细胞

由于生物相容性、寿命长和易于获取等固有优势，红细胞被认为是一种很有前途的细胞介导的药物递送平台 [7, 36]。最初，红细胞通常直接包裹药物。随着研究的发展，出现了与功能性NPs结合的红细胞。实现了单药化疗向靶向治疗、免疫治疗、光热治疗（PTT）等的转变。红细胞膜可以通过多种方式与纳米颗粒结合。孙等人。总结了通过共价和非共价结合方法构建的红细胞膜载体的几种技术，包括脂质插入、生物素-亲和素桥、EDC/NHS偶联、抗体/配体-受体偶联和被动吸附（图1）[36]。王等人。研究了红细胞-癌细胞混合膜以实现药物递送。杂化膜不仅具有免疫伪装能力，还具有肿瘤靶向能力[4]。基于肿瘤被动靶向的治疗性纳米颗粒的递送效率在很大程度上取决于血液循环时间或肿瘤微环境的适当调节。基于这一理论，Sousa Junior 等人。提出了一种通过红细胞膜伪装磁荧光纳米载体（MMFn）的新方案。 MMFn 的血液循环时间长达 92 h，并且具有很高的转移效率，这已在小鼠肿瘤模型中得到验证 [8]。癌症疫苗的客观临床开发是有限的。这与肿瘤细胞中高水平的程序性死亡配体-1（PD-L1）表达有关，导致肿瘤微环境的免疫抑制特性。 PD-L1 在抗原呈递细胞 (APC) 上的表达可诱导 T 调节细胞 [37]。因此，抗PD-L1（aPD-L1）和癌症疫苗的组合可能是有益的。老化的红细胞具有独特的靶向脾脏抗原呈递细胞的能力。因此，aPD-L1阻滞剂与纳米红细胞联合应用可引起体内抗原反应，可有效抑制肿瘤生长，减少肿瘤转移[9]。 PTT是一种新的肿瘤治疗方法，具有很大的发展潜力，将成为治疗肿瘤的重要方法。普鲁士蓝 (PB) NPs 具有高光热转化率、强蓝色、磁性、良好的生物相容性和稳定性，被认为适用于癌症 PTT。但PB NPs的血液滞留时间较短，使其抗肿瘤作用大大降低。红细胞表面的CD47是体内网状内皮系统的自我识别蛋白，因此包覆红细胞的纳米材料可以提高免疫逃逸能力，延长在循环中的半衰期。红细胞膜用于改善PB在肿瘤部位的药物积累[10]。作为一种新型的给药系统（DDS），细胞外囊泡（EV）载体具有安全、高效和长循环等优点。然而，低产量、高成本和异质性的缺点限制了EV的应用[38]。通过断裂和自组装制备膜衍生的人工囊泡已成为克服该问题的有效策略。可以很好地控制源自红细胞的多功能模拟囊泡的大小和均匀性。研究人员使用载有 P-糖蛋白 (P-gp) siRNA 和多柔比星 (DOX) 的红细胞衍生的模拟囊泡 (MV) 来靶向治疗多重耐药肿瘤。这种基于MV的DDS为肿瘤的协同靶向治疗提供了新的方向[11]。红细胞衍生的转运平台可以通过机械操作设计，使直径从微米级到纳米级。研究结果表明，红细胞载体的实时循环动力学与其直径有关。研究人员基于健康小鼠皮下血管系统中颗粒的实时荧光成像，设计了一种微纳米红细胞光学载体，并研究了循环动力学。结果表明，微载体和纳米载体在血管中的平均发射半衰期分别为 ~ 49分钟和15分钟。 7 天后，第二次注射粒子将微型载体的平均发射半衰期增加到 1 小时，纳米载体的可变半衰期在 25 到 60 分钟之间 [39]。暴露在载体表面的磷脂酰丝氨酸是将其从循环中去除的重要机制 [40]。第一次注射后血液中 NPs 的发射半衰期较短，这表明巨噬细胞在通过磷脂酰丝氨酸表面暴露机制介导时可能更有效地去除这些颗粒。微尺寸载体的形状和变形特性对这些颗粒的循环时间有影响。这些生化和生物力学特性是红细胞衍生平台安全有效转化的重要因素[39]。因此，这一系列的研究结果表明，有必要对红细胞来源的载体进行更细致的研究。只有这样，才能了解载体作用于疾病的机制，并利用这些机制设计出更好的红细胞衍生载体。

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红细胞膜与NPs结合方法示意图(A ), 生物素-亲和素桥 (B ), EDC/NHS 耦合 (C ), 抗体/配体-受体结合 (D ) 和被动吸附（搭便车）(E )基于红细胞的纳米药物的再功能化方法。

血小板

血小板是一种没有核的血细胞。血小板的寿命约为 8-10 天。与四个月的红细胞循环时间较长相比，适当的血小板循环时间可以避免体内不必要的积累[41]。血小板的CD47膜蛋白可以向巨噬细胞发出“不要吃我”的信号，避免被巨噬细胞吞噬。因此，血小板仿生DDS有望改善体内巨噬细胞的逃逸并增强在肿瘤组织中的保留[17]。研究表明，血小板由于其多种血管生成调节因子，在促进肿瘤细胞增殖、肿瘤血管完整性和肿瘤细胞侵袭方面发挥重要作用。血小板衍生微粒（P-MPs），如血管内皮生长因子（VEGF）、基质金属蛋白酶（MMP）、表皮生长因子（EGF）和血小板衍生生长因子（PDGF），可以诱导 MAPK 和 AKT 的活化信号通路，从而刺激肿瘤细胞增殖所需蛋白质的过度表达[42]。血小板聚集与循环肿瘤细胞（CTC）有关。此外，血小板可以通过增强血小板与内皮细胞之间的粘附来防止 CTC 的血管外渗。更重要的是，血小板可以保护 CTC 免受自然杀伤细胞的免疫监视。因此，利用血小板靶向肿瘤细胞的优势建立基于血小板膜的DDS是有希望的。制备血小板膜的常用方法是超声和反复冻融[41]。在早期对血小板包裹的 NPs 的研究中，Hu 等人。表明血小板可以有效地包裹负载的纳米颗粒。血小板衍生载体对受损血管和肿瘤具有很强的靶向能力，对疾病具有良好的治疗作用[43]。刘等人。开发了一种用于肿瘤靶向递送的 pH 响应血小板膜-脂质杂化药物载体。当多柔比星被触发并释放到小鼠肿瘤模型中时，载药平台系统显示出更长的血浆半衰期和增强的肿瘤积累。该结果优于传统的 pH 敏感脂质体（图 2）[18]。血小板 DDS 将免疫治疗药物与光热剂相结合。在最新的研究中，血小板DDS将免疫治疗药物与光热药物相结合。药物修饰的血小板被募集到肿瘤部位，进一步激活抗癌免疫反应，抑制残留肿瘤的生长，提高存活率。这是由于热消融后肿瘤部位的炎症和损伤所致 [19]。现有血小板衍生纳米载体的研究表明，血小板介导的DDS具有广阔的前景。

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PEOz-platesome-dox的制备示意图。 PEOz-platesome-dox由PEOz-liposome-dox与PNV共挤出而成。

免疫细胞

目前，很多人关注的是NPs载体的表面修饰，以匹配生物环境和复杂性。然而，单核噬菌体系统具有识别和分离外来物质的能力，导致肿瘤部位药物浓度降低[25]。 NPs还可以根据增强的通透性和滞留性将药物输送到肿瘤区域，但肿瘤血管的通透性往往受到血管结构异常和血液供应异质性的影响。我们必须考虑的另一个原因是 NPs 的大小和电荷也会影响它们进入肿瘤的数量。例如，直径大于 100 nm 的 NP 可以被巨噬细胞吞噬或被肝脏过滤 [22]。因此，这些因素的存在往往导致NPs不能有效进入肿瘤部位。免疫细胞在肿瘤靶向和阻止药物扩散到正常组织方面发挥着重要作用。巨噬细胞因其天然的吞噬能力、血屏障和对实体瘤的趋化性而成为DDS理想的药物载体之一。被巨噬细胞包裹的纳米颗粒会增强纳米颗粒对肿瘤组织的渗透性。并且在抗肿瘤药物联合光热疗法时，其抗肿瘤作用会进一步增强，这在某项研究中得到了证实（图3）[23]。单核细胞被认为是巨噬细胞的前体，具有吞噬、清除损伤细胞和参与免疫反应的能力。此外，单核细胞是血液中最大的细胞，这使得加载治疗性 NPs 变得容易。当单核细胞被募集到肿瘤部位时，它们将分化为巨噬细胞。然后被巨噬细胞包裹的纳米颗粒会迁移并趋化到肿瘤的缺氧区域[24, 44]。

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具有 PLGA-DTX-Fe3O4 的巨噬细胞微型机器人示意图（左）。描述体内环境中肿瘤的靶向和治疗（右）。

细胞毒性 T 淋巴细胞 (CTL) 是白细胞的一个分支，是分泌各种细胞因子以参与免疫功能的特异性 T 细胞。它对病毒和肿瘤细胞有杀伤作用，与自然杀伤细胞共同构成抵御病毒和肿瘤的重要防线。 CTL又称杀伤性T淋巴细胞，是机体抗肿瘤的重要组成部分，是肿瘤免疫治疗的主要效应细胞之一。血液循环时间长，黏附分子高表达。因此，CTL 具有招募和定位肿瘤部位的能力。所有这些优势都为CTL衍生的NPs治疗肿瘤奠定了基础[26]。

白细胞是一种无色、球形、有核的血细胞。正常成人白细胞总数为(4.0-10.0) × 10 ⁹ /L [45]。当炎症发生时，白细胞被激活以对抗细菌或病毒，这是它们在免疫系统中发挥重要作用的体现。白细胞参与各种免疫反应、细胞相互作用并具有迁移能力[46]。它们是化疗药物和肿瘤微环境（TEM）调节因子的理想载体，这主要是由于白细胞在炎症和肿瘤部位的归巢特性。罗伯托·莫利纳罗等。利用白细胞对肿瘤相关炎症血管的靶向特性，将 DOX 有效地传递给患有乳腺癌和黑色素瘤的小鼠模型。结果表明，载有 DOX 的白细胞在缩小肿瘤体积和延长生存时间方面表现出更强的抗肿瘤活性 [27, 47]。中性粒细胞是最丰富的白细胞类型，占白细胞总数的 40-75%。更重要的是，中性粒细胞是第一种到达炎症部位的细胞类型。当光热疗法触发肿瘤部位炎症时，中性粒细胞介导的 DDS 在肿瘤部位的积累进一步增强 [48]。在非癌性疾病中，中性粒细胞的迁移特性也为疾病治疗提供了新思路。研究表明，当发生脑缺血时，中性粒细胞可以选择性地携带cRGD脂质体作为细胞载体。因此，中性粒细胞进入血脑屏障并渗入脑实质，最终将药物输送到需要治疗的部位[49]。血液中的 CTC 容易在解剖学上较远的器官中增殖并形成转移。然而，由于循环状态和CTCs浓度低，难以成为靶向治疗。幸运的是，它们很容易聚集在内皮细胞附近，这类似于白细胞的迁移特性。主要原因是CTC在体积和形状上与白细胞相似，因此在血液流动时也被内皮细胞壁包围。这种边缘现象可以有效地包围白细胞中的CTC。换言之，白细胞也是 CTC 的潜在治疗载体 [50]。

自然杀伤细胞（NK）是体内重要的免疫细胞，不仅与抗肿瘤、抗病毒感染和免疫调节有关，在某些情况下还参与超敏反应和自身免疫性疾病。 NK 可以识别靶细胞和杀伤介质。与T细胞和B细胞不同，它是一种淋巴细胞，无需预致敏即可杀死肿瘤细胞和病毒感染细胞[51]。邓等人。根据 NK 细胞膜的蛋白质组学分析，发现 NK 衍生的 NPs 对肿瘤具有靶向作用。更令人满意的是，NK细胞还可以诱导或增强促炎性M1巨噬细胞的极化，从而产生抗肿瘤免疫。在这一理论的支持下，邓和其他研究人员将光动力剂封装在 NK 细胞中。结果表明，NK细胞DDS在抗肿瘤过程中表现出很强的免疫治疗作用。不仅能有效抑制原发肿瘤的生长，对远处肿瘤也有明显的抑制作用[28]。

癌细胞

癌细胞无限的复制能力令人讨厌，但癌细胞抵抗细胞死亡的能力使它们能够克服免疫清除[30]。表达上皮细胞粘附分子、n-钙粘蛋白和半乳糖凝集素-3等表面粘附分子的癌细胞具有同源的粘附域，可以促进多细胞聚集的发生。同源结合膜蛋白的能力导致癌细胞用于纳米颗粒的表面功能化。陈等人。用癌细胞膜包裹ICG（吲哚菁绿）/聚（乳酸乙醇酸）（PLGA）核和癌细胞膜壳，实现同步靶向和肿瘤治疗。结果表明，该方法不仅在细胞水平上具有较高的同源靶向效应，而且在动物水平上具有优越的空间分辨率和深度渗透（图4）[29]。研究表明，线粒体在调节癌细胞的增殖中起重要作用。线粒体中细胞凋亡的开始导致细胞因子（如细胞色素 c）的释放，从而导致细胞溶质活性和细胞死亡的级联反应 [52]。线粒体也与癌症的多药耐药（MDR）密切相关[53]。线粒体的靶向干预将成为癌症治疗的一种有前景的策略。线粒体靶向药物的积累可触发线粒体凋亡途径，导致程序性细胞死亡和癌细胞自杀。研究表明，锌、铜、二氧化铈等金属氧化物可以通过这种机制抑制多种癌细胞系中癌细胞的增殖。因此，一些研究人员开发了靶向线粒体的纳米颗粒。例如，Ruttala 等人研究的 Zn 掺杂的 CuO NPs (TPP-ZC-IR-PNPs) 并与多西紫杉醇和氯尼达明 (cl-M/DL) 系统共载。均在肿瘤治疗中具有较强的靶向能力和治疗作用[52, 54]。

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用于靶向识别源癌细胞、双模态成像和光热疗法的癌细胞膜仿生纳米粒子的图示。 (A ) ICNP 的制备程序。提取与聚乙二醇化磷脂 (DSPE-PEG) 杂交的癌症 MCF-7 细胞膜，然后通过挤出包被到装载 ICG 的聚合物核上。 (B ) 用于双模态成像引导光热疗法的同源靶向 ICNP 的示意图。通过特定的同源靶向和EPR效应（被动靶向），ICNPs实现了完美的肿瘤积累、双模态FL/PA成像和静脉注射后的有效光热治疗。

干细胞

肿瘤可以释放趋化因子来招募间充质干细胞 (MSC) 以形成支持肿瘤生长的基质 [55]。 MSC是一种多能干细胞，具有自我更新、多向分化和调节免疫反应的能力。成功从脑、肺、肝、肾、脐血、胎盘等组织中分离得到。据推测，MSCs 可能能够迁移到损伤或炎症部位，并通过产生组织特异性细胞和/或释放旁分泌因子来修复损伤。间充质干细胞还可以分泌免疫调节可溶性分子来调节免疫，主要用于治疗克罗恩病、肝功能衰竭、纤维化等疾病。恶性肿瘤微环境中间充质干细胞的存在有助于肿瘤的生长和转移[56]。然而，一些研究表明，源自脐带的 MSCs 可以抑制小鼠胰腺癌细胞的生长 [57, 58]。 MSCs可高效转导腺病毒、慢病毒、小鼠逆转录病毒等主要病毒载体。转化和基因修饰的MSCs可以在体外广泛扩增，使其成为基因转移的理想载体[59]。肿瘤的形成需要新的细胞来支持它，就像发育中或受损的组织一样。间充质干细胞向肿瘤组织的迁移使其被广泛用作抗肿瘤药物的载体。 Stefania Lenna 等。基于负载NPs的MSCs的光动力技术，在抑制骨肉瘤生长方面取得了成果。他们制备了 Chlorin e6 (Ce6) 偶联的聚多巴胺 NPs (PDA-Ce6) 并加载到 MSCs 中。装载有 PDA-Ce6 (MSC-PDA-Ce6) 的 MSCs 可以靶向并穿透肿瘤。值得一提的是，72小时内有效释放率高达60%。 MSC-PDA-Ce6 是一种类似于“特洛伊木马”的运输方式，通过 MSC 与癌细胞之间的内吞作用-胞吐作用-内吞作用过程。更令人欣慰的是，即使面对无法手术的小肿瘤或耐药患者，也可能有一定的希望[33]。同样，它对黑色素瘤的治疗也有很好的效果[34]。

开发

在细胞介导的药物递送技术中，膜表面的蛋白质保留了细胞的生物学功能。如上所述，许多研究表明，基于细胞的药物递送可增强生物相容性、靶向能力和免疫逃逸能力，减少毒副作用并防止蛋白质电晕的形成。所有这些优点都避免并降低了制备 NPs 的复杂性 [55]。纳米技术因其易于表面功能化、设计可控、减少药物副作用等优点而在医学领域得到广泛研究。研究中使用的纳米颗粒的直径与细菌、病毒等病原体的直径相似，一般在100纳米左右，因此体内网状内皮系统的清除机制很容易被激活。细胞衍生的 NPs 大大减少了巨噬细胞释放细胞因子的刺激 [60]。 NPs 的一个严重问题是当它们进入血液系统时会与血浆蛋白接触。吸附在纳米颗粒表面的血浆蛋白形成蛋白冠，影响纳米颗粒与血液成分之间的相互作用，进一步导致细胞活化增加，最终可能导致凝血甚至血栓形成[61]。因此，NPs与细胞的结合为DDS的临床应用提供了新的前景。 DDS的进展还体现在治疗与诊断的结合上。加入ICG等具有光热效应的荧光染料，可以轻松追踪抗肿瘤细胞过程中的药物痕迹。同时，也便于肿瘤成像，易于评价治疗效果[62]。遗憾的是，目前的细胞给药技术仅用于临床前体外研究。当药物递送技术用于人体时，无法预见细胞膜成分和表面修饰的变化是否会导致免疫反应。目前尚不清楚药物是否能及时释放到体内产生细胞毒性，NPs在体内的降解是否会影响人体健康。这些问题将导致基于细胞的DDSs的进一步研究[63]。

结论

与单纯化疗相比，基于细胞的DDS具有提高生物相容性、增强免疫逃逸、长循环、增强靶向等优势。同时，将光敏剂、化疗药物等试剂封装在载体中，可以促进肿瘤的协同治疗。 DDS中的红细胞、血小板、白细胞等细胞得到了广泛的研究并取得了许多成果。目前对血细胞与NPs结合的研究最多。 NPs具有增强通透性和保留效应（EPR）、载药效率高和一定的靶向能力等优点，对肿瘤治疗具有明显优势。

数据和材料的可用性

不适用。

缩写

NP：

纳米粒子

PTT：

光热疗法

MMFn：

磁荧光纳米载体

PD-L1：

程序性死亡配体-1

APC：

抗原提呈细胞

PB：

普鲁士蓝

DDS：

给药系统

EV：

细胞外囊泡

MV：

模拟囊泡

P-gp：

P-糖蛋白

DOX：

阿霉素

P-MP：

血小板衍生微粒

VEGF：

血管内皮生长因子

MMP：

基质金属蛋白酶

EGF：

表皮生长因子

PDGF：

血小板衍生生长因子

CTC：

循环肿瘤细胞

CTL：

细胞毒性T淋巴细胞

TEM：

肿瘤微环境

NK：

自然杀伤细胞

MDR：

多重耐药性

TPP-ZC-IR-PNP：

Zn掺杂的CuO纳米颗粒

cl-M/DL：

与多西紫杉醇和氯尼达明共载

MSCs：

间充质干细胞

Ce6：

氯e6

PDA：

聚多巴胺

ICG：

吲哚菁绿

EPR：

增强渗透性和滞留作用