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人工合成NT类脂质开放血脑屏障,为CNS药物打开新局面

作者:medicilon   上传日期:2020-08-12  阅读次数:

本文提要本文的结构如图所示:

人工合成NT类脂质开放血脑屏障,为CNS药物打开新局面

免责声明:本报告仅代表研究员个人观点,不代表公司的观点,亦不构成任何投资建议。

相关概念本文的关键词汇有:
[血脑屏障]
血脑屏障是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障,这些屏障能够阻止某些物质(多半是有害的)由血液进入脑组织。由于人脑天然具备一种“血脑屏障”保护机制,很多药物难以穿透,无法对肿瘤部位进行治疗。同样由于这种保护机制,国际医学界新兴的细胞与免疫抗癌疗法也很难获得期望的疗效。
[CNS疾病]
中枢神经系统是人体神经系统最主体的部分,由脑和脊髓构成。中枢神经系统疾病主要包括神经退行性疾病,脑肿瘤,脑部感染,中风等。
正文探究如何通过血脑屏障:

探究如何通过血脑屏障

穿过血脑屏障困难重重
由于血脑屏障的存在,很多治疗CNS疾病的药物,无论是小分子药物还是大分子药物,都很难依照药物该有的PK及组织分布特性进入脑组织中,从而限制了很多药物的使用,使得很多本该有效的药物由于无法进入脑组织而无法发挥功效。
科学家为这个问题也曾做过诸多尝试。直接的脑部给药和对BBB血脑屏障进行破坏的方法都对脑组织有着不同程度的损害,会导致感染及组织损伤,并且药物在脑中的分布和停留也受到各种因素的限制无法达到理想。由载体接到的运输被认为是一种前景巨大并且蕴藏着多种可能性的中枢神经组织药物递送方法。在诸多的尝试例如病毒载体,外泌体,分子特洛伊木马法等,虽然效果尚佳,但是操作复杂,成本昂贵,也一直未能发展成为一种有效的方法。
NT-血脑屏障的“通行证
本文研究人员介绍了一种新方法,可以便捷有效的将药物递送到脑组织当中,利用神经递质衍生类脂质介导药物的递送,达到有效且强力的递送效果。这种设计利用了神经递质具有进入大脑所需的化学“通行证”,如果将脂质分子附着在这些神经递质上,所产生的NT类脂质可以被掺杂到包裹药物的LNP中,从而使其也具备穿透血脑屏障的能力。LNP可通过静脉注射将药物带到血脑屏障,而NT类脂质帮助LNP携带药物穿过屏障。然后LNP可以与大脑中的神经元和其他细胞融合,以提供治疗性有效荷载。

将神经递质与LNP掺杂,获得拥有穿透BBB能力的载体。

将神经递质与LNP掺杂,获得拥有穿透BBB能力的载体。(图片来源:Science Advances)

文章中,研究人员选取了三种典型的中枢神经药物进行试验,它们分别是:
  • 小分子药物 -- 两性霉素B -- AmB
  • 核酸药物 -- τ反义寡核苷酸 -- Tau-ASO
  • 重组蛋白 -- 绿色荧光蛋白 -- GFP-Cre
积极探索,逐个击破
在文章中,研究人员用“NTn-O[x]B”来定义合成NT脂质的命名规则。前半部分的“NTn”代表了合成脂质中包含的神经递质的种类,NT1代表色胺,NT2代表苯乙胺,NT3代表苯乙醇胺;后半部分“O[x]B”代表了类脂质当中的疏水尾端,其中[x]代表了尾端疏水基团中碳原子的个数。
在搭载药物进行跨膜运输试验之前,研究人员首先对NT类脂质在全静脉注射后跨越血脑屏障的能力进行了测试,结果显示NT1脑组织中有着很强的信号,证明其能够有效地跨越血脑屏障,而NT2和NT3不具备这样的能力。
之后研究人员首先对AmB小分子药物进行了测试。AmB是一种经典的多烯类的抗真菌药物,是治疗严重的全身性真菌感染的首选金标药物。然而由于不可穿透血脑屏障,这种药物尚未在临床上用于大脑的真菌感染。研究人员希望能够通过次发现,可以大大扩展AmB在中枢神经系统的应用。在研究过程中,实验人员首先证明了NT1类脂质可以帮助AmB跨过血脑屏障,然而信号强度较弱。于是研究人员减小了纳米颗粒的粒径并改变了掺杂剂比率,AmB在脑中的信号强度被大大增强了。

不同NT掺杂率下,脑组织中AmB信号的强弱。

不同NT掺杂率下,脑组织中AmB信号的强弱。(图片来源:Science Advances)

接下来,研究人员将目标转向Tau-ASOs,Tau蛋白产生的反义寡核苷酸在许多中枢神经系统疾病疗法中都有出现,对于核酸的递送,一方面要考虑血脑屏障的通透性,另一方面则要考虑是否可以穿过靶细胞细胞膜。在一定的摸索之后,研究人员成功的将静脉注射的Tau-ASOs递送近脑组织并且可以将脑细胞中的基因敲除。

运输Tau-ASOs后在脑细胞中MRNA的表达和基因敲除情况比较。

运输Tau-ASOs后在脑细胞中MRNA的表达和基因敲除情况比较。(来源:Science Advances)

递送基因编辑蛋白对基因组进行修饰在中枢神经系统疾病的治疗中蕴含有极大的潜力。因此研究人员最后评估了NT1类脂质是否可以成功递送蛋白穿过血脑屏障。科学家采用了GFP-Cre绿色荧光蛋白,在对合成脂质进行适当编辑修饰后,重组蛋白成功的穿过了BBB和细胞膜并使神经细胞中的基因成功进行了重组。

被包裹在含有NT-类脂质的LNP中的Cre重组酶成功转移。大脑中的转染神经元呈红色高亮。

被包裹在含有NT-类脂质的LNP中的Cre重组酶成功转移。大脑中的转染神经元呈红色高亮。(图片来源:Science Advances)

展望
综上所述,研究人员通过对三种药物的成功递送证明了该方法的有效性和安全性。同时,基于NT1这一种递质与不同LNP混合后都对血脑屏障的通透性形成改善的事实,研究人员认为这种纳米颗粒的递送系统非常简便且灵活。总的来说,该方法独特,便捷并且有效,为中枢神经系统系统疾病的治疗药物打开了新的局面和可能性。美迪西也将继续关注该技术的进一步发展和实践,并对其进行研究支持。美迪西药效部拥有专业的中枢神经系统疾病药效评价模型,结合PET-CT成像技术,可以很好的对中枢神经系统的药物进行有效性和安全性的评估,并对其血脑屏障穿透能力进行测试。美迪西希望早日能够与医药同仁见证CNS疾病疗法局面的打开,并助力其快速发展!
参考资料:

1、Ma, F., Yang, L., Sun, Z., Chen, J., Rui, X., Glass, Z., & Xu, Q. (2020). Neurotransmitter-derived lipidoids (NT-lipidoids) for enhanced brain delivery through intravenous injection. Science Advances, 6.
2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/102996456
3、http://www.pharmcube.com/news/article/5311?index=news

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