NML綜述 | Nirma大學: 用于肺癌管理的納米生物載體
全球癌癥發病率不斷上升，肺癌被認為是最致命的癌癥形式之一，具有復雜的臨床影響和不良的預后。納米生物工程是一門應用科學，通過設計新的納米生物工具和策略，可以在臨床方面輔助治療和革新肺癌診斷方式。納米生物工程目前研究了許多新型的生物納米裝置，并將其應用擴展到放射治療、免疫治療、光療、基因治療、和聯合療法以及促進肺癌多模式腫瘤靶向的新療法。尋找合適的靶向治療策略也引發了稱為“納米生物載體”的新型納米載體的開發。其中，納米生物載體多是生物工程、仿生、生物源和生物混合納米載體、細胞或囊泡。與其他納米載體不同，納米生物載體具有多靶點、高生物交互性、生物相容性強、內在偽裝和可擴展性等明顯優勢。
Bio-Nanocarriers for Lung Cancer Management: Befriending the Barriers
Shruti Rawal, Mayur Patel*
Nano-Micro Letters (2021)13: 142
https://doi.org/10.1007/s40820-021-00630-6
本文亮點
1.綜述介紹了影響肺癌預后的因素、各種納米生物工具，以及它們相對于傳統納米載體在肺癌治療方面的優勢。2.由于納米生物載體和納米生物設備在腫瘤學多方面的應用，因此被認為是未來治療癌癥的重要工具。3.本文對整體肺癌管理的相關調查、觀點和規定的研究進行了深入的思考和探索。
內容簡介
Nirma大學Mayur Patel課題組探討了近年來納米生物工程以及納米技術的發展在肺癌臨床管理方面的研究進展。深入討論了生物納米工具，如納米生物載體和納米生物設備在肺癌的二級預防、診斷、治療和治療學的應用，分析了具有應用前景的生物工程、生物仿生和仿生納米生物工具。
圖文導讀
I 當前肺癌管理方法面臨的挑戰
盡管肺癌的診斷和治療取得了進步，但肺癌仍然是一種不治之癥。幾十年來，化學預防和癌癥疫苗開發一直是腫瘤學研究的對象，但尚未通過臨床評估得到證實。此外，成像和篩查技術取得了相當大的進步，但目前的檢測技術無法診斷疾病的早期階段。由于患者的高度多樣性，常規診斷方法缺乏對腫瘤亞型的分子/遺傳變異的識別。
基于納米載體的治療、生物治療和免疫治療已在臨床上成為手術和放療的輔助和新輔助治療。隨著用于治療非小細胞肺癌 (NSCLC) 的新型靶向生物制劑和免疫治療劑的出現，治療結果和患者存活率有了相當大的改善。然而，其他亞型肺癌如小細胞肺癌(SCLC)和惡性胸膜間皮瘤的治療方案仍需改善。因此，更深入地了解肺癌發生、進展和轉移中的細胞、遺傳和分子改變對于促進新靶點的識別至關重要。
治療藥物監測和治療診斷學的概念仍處于其發展的初級階段，需要進行廣泛的研究。在這種情況下，尋求生物納米技術來預防、診斷和治療肺癌是至關重要的。
II納米生物工程和不同類型的生物納米工具
不同的生物納米技術衍生工具，如納米生物載體和納米生物設備，在應對肺癌治療的問題上引起了巨大的科學興趣。其中用于腫瘤學應用的生物納米載體可以概括為：(1)微生物納米系統和生物納米載體(2)細胞和細胞膜衍生的納米系統(3)配體偶聯的納米系統(4)納米生物設備，如圖1。
圖1. 用于腫瘤學應用的生物納米載體和納米生物設備。
基于微生物的納米系統正逐漸應用于臨床中，其中，已用于治療惡性腫瘤的不同微生物納米生物載體包括：細菌、生物工程細菌、細菌微細胞、S-膜衍生的納米囊泡、磁小體、細菌幽靈、細菌衍生的外膜囊泡(蛋白脂質體)(OMV)、細菌聚合物、生物工程病毒、噬菌體和病毒以及真菌和酵母。因為微生物對特定細胞/器官的先天性，以及生物組學和生物工程技術的進步，增強了微生物的納米系統的載體化潛力。
目前，基于細胞和細胞膜衍生的靶向腫瘤載體包括基于紅細胞(如圖2所示)、白細胞 (WBC)、單核細胞/巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞、淋巴細胞、血小板、間充質細胞 (MSC)、癌細胞、細胞外囊泡和外泌體衍生的納米生物載體。除了仿生偽裝外，基于細胞的納米生物載體還表現出優異的生物相容性、多分子和內在靶向能力、自我隱身能力以及對多種腫瘤應用有利的宿主生物整合的能力。
圖2. 使用紅細胞(RBC)搭便車治療肺部 B16-F1的轉移模型。
常規納米系統/納米顆粒經過修飾后，通過天然、生物工程、生物啟發或生物衍生的生物分子促進腫瘤靶向。為了有效地靶向腫瘤，納米這種生物載體可以是以下亞型之一：綴合物(藥物-生物聚合物)、納米儲庫(用作電暈/表面涂層的生物分子)或納米基質(納米系統是完全由生物分子制造)。其中，生物分子包括抗體，脂蛋白, 蛋白質和肽類,肺表面活性劑和維生素等，可被生物分子修飾的常規納米載體包括基于脂質的納米顆粒，聚合物納米顆粒等。
納米生物設備是通過生物納米技術，為各種臨床和生物醫學應用制造的小工具、設備、設計或其組件。根據構造材料，納米生物設備包括基于微生物、免疫傳感器、DNA和組織四種類型。
III用于肺癌臨床管理的納米生物載體
生物納米技術協助癌癥藥物發現和開發。在發展靶向療法，發現和鑒定新的細胞、生物分子和分子靶標等方面，納米生物工程的工具推進了藥物發現和藥物開發的過程。此外，納米生物載體在肺癌的二級預防、診斷、治療和治療學方面起著重要的作用。
通過納米生物載體，開發癌癥疫苗和免疫療法，這些疫苗和免疫療法對高危患者(惡性腫瘤)具有治療和預防作用。因此，納米生物載體可用于肺癌的二級預防。基于甘露糖化納米顆粒的疫苗(如圖3)可以促進樹突狀細胞的遞送，并可以刺激針對癌細胞的免疫反應。
圖3. 基于甘露糖基LCP納米顆粒(MN-LCP-NP)用于樹突細胞(DCC)激活的疫苗。
通過納米生物技術，提高生物成像和鑒定腫瘤相關分子標志物的能力，最終實現肺癌納米生物診斷以及個性化治療。圖4開發了一種新型納米生物雜化物，促進肺癌的多模態(MRI成像和顯微PET)成像。
圖4. (i) Mn2⁺-OCT-PEG-MNPs的體外和體內MRI分析；(ii) PET分析12⁴I標記的Mn2⁺-OCT-PEG-MNPs。
納米生物工程不僅幫助藥物開發，還可以促進藥物遞送。迄今為止，發展了四代納米載體，促使腫瘤治療從“被動靶向”向“主動靶向”轉變。納米生物工程和生物納米技術在多種類型治療(如化療、光療(如圖5所示)、免疫治療、基因/表觀遺傳療法(如圖6所示)、放射治療(如圖7所示)、聯合治療和新型抗癌療法(如圖8所示))的藥物遞送中，具有多功能性和多模式適用性。
圖5. 開發了PAAO-UCNPs-GOx用于增強肺癌的光療。
圖6. 開發了具有由pH敏感脂質組成的納米生物載體，用于遞送防止肺癌轉移擴散的siRNA。
圖7. 開發了一種納米生物載體(C@siPLK1-NH)，用于非小細胞肺癌細胞(NSCLC)的放射增敏。
圖8. 開發了一種靶向 EGFR 的納米生物載體，通過誘導細胞凋亡和自噬發揮協同抗癌活性。
納米生物治療學是指單一藥劑的統一診斷和治療應用。目前使用的納米生物治療學包括無機納米粒子、納米籠、納米殼、二氧化硅、脂質體、樹枝狀聚合物、膠束和其他生物組成的金屬有機框架。隨著生物納米技術的進步，基于病毒、基于蛋白質的納米生物載體已被用于肺癌治療診斷中。
IV 總結與展望
隨著納米生物科學和生物納米技術的發展，可以大大克服腫瘤靶向方式中的障礙，具有改變當前腫瘤治療狀態的巨大潛力。目前，大量不同的納米工具和新型納米系統被廣泛探索，解決傳統療法面臨的各種問題，應用于腫瘤(包括肺癌)的預防、診斷、治療和各方面。生物納米技術工具可以通過分子診斷和先進的生物成像技術，設計新的治療策略來加強腫瘤治療。納米生物載體是通過個性化和定制藥物遞送解決腫瘤異質性的有用手段。同時，納米醫學的轉化應用也面臨著巨大挑戰，與跨學科研究人員之間的知識融合還有待加強。
撰稿：《納微快報(英文)》編輯部
編輯：《納微快報(英文)》編輯部
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