全球癌癥發(fā)病率不斷上升，肺癌被認(rèn)為是最致命的癌癥形式之一，具有復(fù)雜的臨床影響和不良的預(yù)后。納米生物工程是一門應(yīng)用科學(xué)，通過(guò)設(shè)計(jì)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(yīng)用擴(kuò)展到放射治療、免疫治療、光療、基因治療、和聯(lián)合療法以及促進(jìn)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(fā)了稱為“納米生物載體”的新型納米載體的開發(fā)。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(xì)胞或囊泡。與其他納米載體不同，納米生物載體具有多靶點(diǎn)、高生物交互性、生物相容性強(qiáng)、內(nèi)在偽裝和可擴(kuò)展性等明顯優(yōu)勢(shì)。
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
1.綜述介紹了影響肺癌預(yù)后的因素、各種納米生物工具，以及它們相對(duì)于傳統(tǒng)納米載體在肺癌治療方面的優(yōu)勢(shì)。2.由于納米生物載體和納米生物設(shè)備在腫瘤學(xué)多方面的應(yīng)用，因此被認(rèn)為是未來(lái)治療癌癥的重要工具。3.本文對(duì)整體肺癌管理的相關(guān)調(diào)查、觀點(diǎn)和規(guī)定的研究進(jìn)行了深入的思考和探索。
Nirma大學(xué)Mayur Patel課題組探討了近年來(lái)納米生物工程以及納米技術(shù)的發(fā)展在肺癌臨床管理方面的研究進(jìn)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(shè)備在肺癌的二級(jí)預(yù)防、診斷、治療和治療學(xué)的應(yīng)用，分析了具有應(yīng)用前景的生物工程、生物仿生和仿生納米生物工具。
I 當(dāng)前肺癌管理方法面臨的挑戰(zhàn)
盡管肺癌的診斷和治療取得了進(jìn)步，但肺癌仍然是一種不治之癥。幾十年來(lái)，化學(xué)預(yù)防和癌癥疫苗開發(fā)一直是腫瘤學(xué)研究的對(duì)象，但尚未通過(guò)臨床評(píng)估得到證實(shí)。此外，成像和篩查技術(shù)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步，但目前的檢測(cè)技術(shù)無(wú)法診斷疾病的早期階段。由于患者的高度多樣性，常規(guī)診斷方法缺乏對(duì)腫瘤亞型的分子/遺傳變異的識(shí)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(shù)和放療的輔助和新輔助治療。隨著用于治療非小細(xì)胞肺癌 (NSCLC) 的新型靶向生物制劑和免疫治療劑的出現(xiàn)，治療結(jié)果和患者存活率有了相當(dāng)大的改善。然而，其他亞型肺癌如小細(xì)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(fā)生、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中的細(xì)胞、遺傳和分子改變對(duì)于促進(jìn)新靶點(diǎn)的識(shí)別至關(guān)重要。
治療藥物監(jiān)測(cè)和治療診斷學(xué)的概念仍處于其發(fā)展的初級(jí)階段，需要進(jìn)行廣泛的研究。在這種情況下，尋求生物納米技術(shù)來(lái)預(yù)防、診斷和治療肺癌是至關(guān)重要的。
不同的生物納米技術(shù)衍生工具，如納米生物載體和納米生物設(shè)備，在應(yīng)對(duì)肺癌治療的問(wèn)題上引起了巨大的科學(xué)興趣。其中用于腫瘤學(xué)應(yīng)用的生物納米載體可以概括為：(1)微生物納米系統(tǒng)和生物納米載體(2)細(xì)胞和細(xì)胞膜衍生的納米系統(tǒng)(3)配體偶聯(lián)的納米系統(tǒng)(4)納米生物設(shè)備，如圖1。
圖1. 用于腫瘤學(xué)應(yīng)用的生物納米載體和納米生物設(shè)備。
基于微生物的納米系統(tǒng)正逐漸應(yīng)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(xì)菌、生物工程細(xì)菌、細(xì)菌微細(xì)胞、S-膜衍生的納米囊泡、磁小體、細(xì)菌幽靈、細(xì)菌衍生的外膜囊泡(蛋白脂質(zhì)體)(OMV)、細(xì)菌聚合物、生物工程病毒、噬菌體和病毒以及真菌和酵母。因?yàn)槲⑸飳?duì)特定細(xì)胞/器官的先天性，以及生物組學(xué)和生物工程技術(shù)的進(jìn)步，增強(qiáng)了微生物的納米系統(tǒng)的載體化潛力。
目前，基于細(xì)胞和細(xì)胞膜衍生的靶向腫瘤載體包括基于紅細(xì)胞(如圖2所示)、白細(xì)胞 (WBC)、單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、血小板、間充質(zhì)細(xì)胞 (MSC)、癌細(xì)胞、細(xì)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(xì)胞的納米生物載體還表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性、多分子和內(nèi)在靶向能力、自我隱身能力以及對(duì)多種腫瘤應(yīng)用有利的宿主生物整合的能力。
圖2. 使用紅細(xì)胞(RBC)搭便車治療肺部 B16-F1的轉(zhuǎn)移模型。
常規(guī)納米系統(tǒng)/納米顆粒經(jīng)過(guò)修飾后，通過(guò)天然、生物工程、生物啟發(fā)或生物衍生的生物分子促進(jìn)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(chǔ)庫(kù)(用作電暈/表面涂層的生物分子)或納米基質(zhì)(納米系統(tǒng)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(zhì)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(guī)納米載體包括基于脂質(zhì)的納米顆粒，聚合物納米顆粒等。
納米生物設(shè)備是通過(guò)生物納米技術(shù)，為各種臨床和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用制造的小工具、設(shè)備、設(shè)計(jì)或其組件。根據(jù)構(gòu)造材料，納米生物設(shè)備包括基于微生物、免疫傳感器、DNA和組織四種類型。
生物納米技術(shù)協(xié)助癌癥藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。在發(fā)展靶向療法，發(fā)現(xiàn)和鑒定新的細(xì)胞、生物分子和分子靶標(biāo)等方面，納米生物工程的工具推進(jìn)了藥物發(fā)現(xiàn)和藥物開發(fā)的過(guò)程。此外，納米生物載體在肺癌的二級(jí)預(yù)防、診斷、治療和治療學(xué)方面起著重要的作用。
通過(guò)納米生物載體，開發(fā)癌癥疫苗和免疫療法，這些疫苗和免疫療法對(duì)高危患者(惡性腫瘤)具有治療和預(yù)防作用。因此，納米生物載體可用于肺癌的二級(jí)預(yù)防。基于甘露糖化納米顆粒的疫苗(如圖3)可以促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的遞送，并可以刺激針對(duì)癌細(xì)胞的免疫反應(yīng)。
圖3. 基于甘露糖基LCP納米顆粒(MN-LCP-NP)用于樹突細(xì)胞(DCC)激活的疫苗。
通過(guò)納米生物技術(shù)，提高生物成像和鑒定腫瘤相關(guān)分子標(biāo)志物的能力，最終實(shí)現(xiàn)肺癌納米生物診斷以及個(gè)性化治療。圖4開發(fā)了一種新型納米生物雜化物，促進(jìn)肺癌的多模態(tài)(MRI成像和顯微PET)成像。
圖4. (i) Mn2⁺-OCT-PEG-MNPs的體外和體內(nèi)MRI分析；(ii) PET分析12⁴I標(biāo)記的Mn2⁺-OCT-PEG-MNPs。
納米生物工程不僅幫助藥物開發(fā)，還可以促進(jìn)藥物遞送。迄今為止，發(fā)展了四代納米載體，促使腫瘤治療從“被動(dòng)靶向”向“主動(dòng)靶向”轉(zhuǎn)變。納米生物工程和生物納米技術(shù)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(lián)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(fā)了PAAO-UCNPs-GOx用于增強(qiáng)肺癌的光療。
圖6. 開發(fā)了具有由pH敏感脂質(zhì)組成的納米生物載體，用于遞送防止肺癌轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的siRNA。
圖7. 開發(fā)了一種納米生物載體(C@siPLK1-NH)，用于非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞(NSCLC)的放射增敏。
圖8. 開發(fā)了一種靶向 EGFR 的納米生物載體，通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬發(fā)揮協(xié)同抗癌活性。
納米生物治療學(xué)是指單一藥劑的統(tǒng)一診斷和治療應(yīng)用。目前使用的納米生物治療學(xué)包括無(wú)機(jī)納米粒子、納米籠、納米殼、二氧化硅、脂質(zhì)體、樹枝狀聚合物、膠束和其他生物組成的金屬有機(jī)框架。隨著生物納米技術(shù)的進(jìn)步，基于病毒、基于蛋白質(zhì)的納米生物載體已被用于肺癌治療診斷中。
隨著納米生物科學(xué)和生物納米技術(shù)的發(fā)展，可以大大克服腫瘤靶向方式中的障礙，具有改變當(dāng)前腫瘤治療狀態(tài)的巨大潛力。目前，大量不同的納米工具和新型納米系統(tǒng)被廣泛探索，解決傳統(tǒng)療法面臨的各種問(wèn)題，應(yīng)用于腫瘤(包括肺癌)的預(yù)防、診斷、治療和各方面。生物納米技術(shù)工具可以通過(guò)分子診斷和先進(jìn)的生物成像技術(shù)，設(shè)計(jì)新的治療策略來(lái)加強(qiáng)腫瘤治療。納米生物載體是通過(guò)個(gè)性化和定制藥物遞送解決腫瘤異質(zhì)性的有用手段。同時(shí)，納米醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用也面臨著巨大挑戰(zhàn)，與跨學(xué)科研究人員之間的知識(shí)融合還有待加強(qiáng)。
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