▲第一作者：Wilson Poon, Benjamin R. Kingston
通讯作者：Warren C. W. Chan
通讯单位：多伦多大学
DOI: 10.1038/s41565-020-0759-5
递送系统是21世纪最热点的研究领域之一，能够将药剂、造影剂、免疫疗法、基因编辑等通过递送载体从体外输送到体内特定的位置，其所具有的细胞及分子的精准度为疾病的诊疗和治疗提供了新的可能。药物递送通常选用纳米颗粒、细菌、病毒等递送载体来保护药剂，防止降解，并靶向到目标位置。然而目前大多数的纳米粒子都会在目标组织之外积累，对人体产生副作用并且消耗了递到所需位置的药物量，降低了递送效率。递送载体的尺寸、形状、表面化学、硬度、化学组成都会对递送系统产生影响，但是如何实现到达某一特定生物目标的设计仍然是个难题。且目前关于药物递送的设计和研究往往从化学、材料性能角度出发，而少有生物视角。在从药物进入到抵达目标疾病位置的路径中，与纳米颗粒相互作用的生物系统会产生屏障来控制药物递送的过程。此篇综述将从生物学和生物屏障的角度出发进行研究，为设计能够将药剂传递至目标位置的纳米颗粒提供指导。1. 区别于目前常见的从物理层次分析，从生物学和生物屏障的角度出发进行研究，为设计能够将药剂传递至目标位置的纳米颗粒提供指导。（RES-网状内皮系统；LSEC-肝窦内皮细胞；ECM-细胞外基质）要点：纳米颗粒递送路径会经过身体各个部分，在这个过程中会与不同的分子、细胞、组织和器官相互作用；随着递送目标位置的深度的增加，递送屏障的数量会增加。纳米材料最容易递送到器官层次，而亚细胞结构由于具有更多的屏障最难到达：在血管中循环时，大部分的纳米颗粒会被网状内皮系统中的肝脾清除。这类器官即为过滤血液并移除生物残骸和外来粒子，对于静脉注射的纳米粒子形成屏障（量子点、胶束、纳米金、脂质体等）；而在目标组织内的纳米颗粒必须要经过组织基质（细胞外基质和结缔组织细胞）来到达目标细胞，一些细胞外基质可以实现对于纳米粒子分散的抑制；而细胞内的纳米粒子需要逃脱出核内体来抵达最终的亚细胞目标位置。要点：生物屏障的数量以及与纳米粒子的相互作用决定了药物递送的效率，随着纳米粒子的移动，会被连续的屏障不断清除，最终只有小部分能达到目标靶点。以靶向肿瘤为例，在静脉注射纳米粒后，它们必须通过血液运输，在这个过程中许多纳米颗粒被肝脏、脾脏和其他网状内皮器官吸收；而一旦进入实体瘤，它们必须穿过血管、细胞外基质和其他非肿瘤细胞；之后它们必须穿过细胞膜、小泡和其他亚细胞结构，才能到达细胞核中的目标。纳米颗粒沿着传递路径不断流失，最终只有百万分之一可能会到达原子核。为了提升递送效率有两种方法，第一种是减少屏障数量，另一种是改变生物靶向目标。例如在治疗肿瘤的过程中，相比于肿瘤细胞核，靶向肿瘤内皮往往只需要穿过较少数量的屏障，这一概念在临床上也得到了广泛应用。要点：了解分子、细胞、组织之间和不同设计下纳米颗粒之间的相互作用有着重要意义，而大量的纳米细胞设计数据和纳米-生物相互作用的数据为计算机计算提供了可能。已知纳米颗粒的性质（包括大小、形状、表面化学、材料、形状、表面电荷）和疾病或患者的特性（疾病阶段、在体内的位置、基因组特征、年龄）会影响到定量药剂到达目标位置的能力。基于统计学的计算方法提供了一种可以相互关联不同输入参数和期望输出参数的工具（例如纳米材料的生物分布、固定剂量药剂的传递效率等）。要点：纳米颗粒-生物相互作用的分析可以为高效率传递的最优纳米粒子设计提供蓝图。这里提出了一个新的工作流程，以个性化的设计纳米颗粒的具体临床应用：（3）生成设计纳米颗粒的规范算法，合成并表征纳米粒子。（5）在注射纳米颗粒之前、期间或之后，单独或用佐剂将纳米颗粒注射到患者体内。在治疗方案中，重复步骤1以测量疾病的变化和非目标效应。每一轮治疗可能需要不同的纳米颗粒设计，因为病理生理学和生物反应可能会发生变化。https://www.nature.com/articles/s41565-020-0759-5
目前评论：