靜電吸附法在藥學領域應用的研究進展

趙 雪，齊 笑，趙娟萍，張秋樾，王艷宏，李偉男

0 引言

靜電吸附法是一種僅靠物理作用而非化學手段的載藥、修飾方法。其機制可簡單地概括為在靜電引力的作用下，帶不同電荷離子或基團間的相互吸引，使得異種電荷離子或基團相互結合[1]。采用靜電吸附法載藥及修飾遞藥載體時，制備條件溫和，不需要使用有機溶劑，且簡單易行，無需用到超聲等設備，避免了基因等藥物在制備過程中受到的超聲波對其結構的破壞和制劑的溶劑殘留問題[2]。近年來，在制劑載藥、遞藥系統載體修飾及醫用膜材料的改性領域方面，靜電吸附法受到了越來越多的關注。本文對近年來靜電吸附法在載藥、遞藥系統載體的修飾及醫用材料表面性質的改變的應用進行初步闡述。

1 靜電吸附法包載藥物

相比于靜電吸附法，常見的載藥方法，如溶劑揮發法[3]、薄膜分散法[4]和乳化法[5]等均會造成有機試劑的殘留問題。靜電吸附法載藥時，藥物是通過與載異種電荷的載體結合制成載藥的納米?；蚓酆夏z束等，無需用到有機溶劑，因此不會造成有機試劑的殘留。同時，靜電吸附法還具有操作簡便、制備的載藥制劑穩定等優點。

1.1 載基因藥物 最常見的基因藥物是核酸類藥物，在核酸水平(RNA或DNA)上發揮作用，但由于裸露的基因易被體內的物質如酶類降解和破壞，往往不能產生有效的治療效果；且細胞膜的負電荷性使本身帶負電的基因藥物很難靠近并穿過，因此，這類藥物必須借助基因載體將其安全有效地遞送到細胞中[6]。靜電吸附法已成為基因載體擔載基因的主要方法之一。

殼聚糖(Chitosan,CS)是一種帶陽離子的高分子堿性多糖聚合物，在稀酸溶液中解離后帶正電荷。蘇丹等[7]研究證明，殼聚糖溶于酸性水溶液后，能直接與帶負電荷的基因藥物通過靜電作用結合，聚集形成納米粒。體外實驗證明，該納米粒能跨越細胞膜負電荷性屏障，將小分子干擾RNA(siRNA)帶入到體外培養的細胞內，且能抵抗核酸酶的降解，有效保護siRNA分子，從而提高細胞的轉染率。宗莉等[8]同樣采用靜電吸附法制備了攜載編碼膽固醇酯轉移蛋白的抗動脈粥樣硬化DNA疫苗的CS納米粒，該納米粒攜載質粒DNA (pDNA)進入細胞，使基因能有效表達且能延長疫苗與黏膜作用時間，從而提高細胞對疫苗的攝取率。陽離子固體脂質納米粒通過靜電作用能與帶負電的DNA結合成陽離子固體脂質納米粒/DNA(SLNs-DNA)二元復合物。劉春喜等[9]利用復乳法選用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為電荷調節劑制備空白的陽離子固體脂質納米粒，然后通過靜電吸附法制備陽離子固體脂質納米粒/DNA復合物，結果證明，該二元復合物能將DNA導入胞內，體外轉染效率較高，且通過對比該二元復合物和裸DNA在脫氧核糖核酸酶Ⅰ(DNase Ⅰ)溶液中的降解情況，證明該復合物對pDNA有很好的保護作用。體外釋放實驗結果顯示，該復合物在48 h時釋藥量占總量的79.4%，可以預計其具有緩釋能力。

聚乙二醇嵌段共聚樹枝狀聚賴氨酸陽離子功能大分子(PEG-b-dendritic PLL)可以作為基因載體通過靜電作用吸附負電性的pDNA分子形成穩定的膠束。崔亮等[10]采用液相多肽合成法制備PEG-b-dendritic PLL，在不同N/P設計比值條件下(N為陽離子載體表面氨基的量，P為DNA中磷酸基的物質的量)，將PEG-b-dendritic PLL與pDNA進行混合，制備得到PEG-b-dendritic PLL載體/pDNA復合物。瓊脂糖凝膠電泳實驗證明，PEG-b-dendritic PLL作為基因載體對DNA具有較強的吸附能力，有利于提高基因轉染率的實現。

透明質酸(HA)是廣泛存在于生物體內的一種帶負電荷多糖[11]。張璐等[12]依次利用靜電吸附法制備三元復合物siRNA/PAMAM/HA，該三元復合物在瓊脂糖凝膠電泳實驗中無siRNA滲漏，表明復合物能完全地吸附siRNA，且在含核糖核酸酶(RNase)的條件下，2 h后凝膠板上仍有明亮的條紋，說明復合物能有效地保護siRNA分子。細胞毒性試驗證明，HA對PAMAM的修飾有效降低了PAMAM的細胞毒性。在細胞攝取實驗中，HA包覆量在25%時，復合物攝取量達到最大，有效提高了基因的遞送。

1.2 載化學藥物 小分子抗癌藥存在許多問題，如水溶性差、體內代謝快、生物半衰期短、選擇性低、對正常組織毒性大、藥物利用率低等問題[13]。采用靜電吸附法，同樣用于遞藥系統包載小分子抗癌藥，如阿霉素、紫杉醇等，其載藥性能良好，且能有效地解決上述存在的問題。

阿霉素(DOX)是臨床常用的抗癌藥物，其分子結構中含有氨基，可以通過靜電吸附作用與羧基、硫酸基結合。熊微等[14]利用DOX為模型藥物，考察含羧基的丙烯酸納米凝膠(PNA)和含硫酸基的β-硫酸乙基酯納米凝膠(PNS)通過靜電吸附載藥的能力。載DOX的納米凝膠經過在水溶液中24 h的釋放實驗，其水溶液中未檢測出含有DOX，證明其吸附效果良好。納米凝膠粒徑均一，通過計算載藥量和包封率，結果顯示，納米凝膠的載藥性能好。

聚乙烯亞胺(PEI)的分子結構中含有大量的氨基，呈正電性，帶正電的PEI可以通過靜電吸附法吸附負電性抗癌藥物，形成靜電復合物[15-16]。DOX在體內傳遞過程中對正常組織毒副作用大，用具有酸敏感性的烏頭酸酐修飾，得到帶負電荷的抗癌小分子藥物烏頭酸酐-阿霉素(CAD)，能使DOX在正常組織中釋放量達到最小。關秀文等[17]利用正電性的PEI靜電吸附負電性的抗癌小分子藥物CAD，形成帶正電的復合物；進一步利用pH響應的電荷翻轉的共聚物聚乙丙交醋共聚物(PELG)對PEI/CAD進行遮蔽，形成在正常組織中傳遞時帶負電的三元復合物載藥體系。而到達酸性腫瘤區域時，該復合物發生電荷翻轉，使該遞藥體系帶正電即可被腫瘤細胞吸附內吞，隨后觸發酸敏感的釋放藥物行為，降低了整個傳遞過程中藥物對正常組織的毒副作用，減少了藥物的流失，發揮療效。類似的陽離子大分子聚合物還有聚酰胺-胺(PAMAM)[18]、聚賴氨酸(PLL)[19]和聚β-氨基酯[20]等。

1.3 基因藥物與化學藥物共同包載 與傳統的基因藥物或化學藥物單獨傳遞體系相比，基因藥物和化學藥物的共遞送可以在較低的劑量下達到協同或者疊加的治療效果，提高藥物利用率，而且能一定程度上降低藥物的毒副作用。

和厚樸酚具有較好的抗腫瘤活性，裴希為等[21]發現，和厚樸酚與siRNA的協同效應對腫瘤細胞生長抑制效果良好，通過包載和厚樸酚和siRNA，可以達到藥物與基因的共遞送作用。其首先利用聚乙二醇(PEG)修飾的陽離子脂質體，通過疏水作用包載疏水性和厚樸酚，制備陽離子和厚樸酚脂質體，再通過靜電吸附作用包載帶負電的siRNA，構建共遞送和厚樸酚與siRNA的陽離子脂質體。凝膠電泳實驗表明，在適當的N/P下，載和厚樸酚的陽離子脂質體通過靜電吸附作用對siRNA可以完全包載。其既能發揮siRNA對血管內皮生長因子(VEGF)蛋白表達的特異性沉默作用，又能提高和厚樸酚對腫瘤新生血管相關的多個靶點的活性，從而獲得更好的抗腫瘤治療作用。

多西紫杉醇(DTX)是一種疏水性抗癌藥物，Zheng等[22]利用化學合成的兩親性聚乙二醇-聚賴氨酸-聚亮氨酸(PEG-PLL-PLLeu)多肽聚合物物理包封疏水性藥物DTX制備帶正電的載DTX聚合物膠束，經靜電作用將siRNA包封于膠束內，即得到DTX和siRNA的共載膠束。凝膠阻滯實驗結果顯示，DXT和siRNA能有效地結合在載體上。細胞攝取和內分布實驗證明DXT和siRNA可以實現同時傳遞，使藥物達到更好的療效。

2 靜電吸附法對遞藥載體進行修飾

腫瘤靶向治療已經成為目前腫瘤治療的研究熱點，遞藥載體通過靜電吸附結合具有靶向作用的靶頭物質，使遞藥載體具有靶向作用，增加藥物定向富集到靶部位的能力，改善藥物在體內的藥物代謝動力學特性，發揮藥物的最大療效。

微泡造影劑作為一種新型的藥物載體，在腫瘤治療中可以攜帶藥物到達腫瘤組織，具有很好的靶向性[23]。付赤學等[24]將自制帶負電荷的脂膜氟烷脂質體微泡造影劑[25]與抗αvβ3單克隆抗體混合，改變反應體系的pH值，利用靜電吸附法，制備親黑色瘤的靶向超聲造影劑。結果表明，靜電吸附法能夠使抗體和微泡結合。體外尋黑色素瘤試驗表明，攜帶抗αvβ3單克隆抗體的微泡與黑色素瘤細胞結合的數目明顯比普通微泡多，證明其具有良好的靶向性。卞愛娜等[26]同時應用交聯法和吸附法制備微泡造影劑。交聯法不僅操作繁瑣，且所制微泡與靶細胞結合效果并不理想。而靜電吸附法可以使抗人肝細胞癌單克隆抗體HAb18牢固地結合到脂質體微泡表面，操作簡便，且通過花環形成實驗[27]證明其具有特異的靶向作用。此法與交聯法比較具有成本低、操作簡便、反應時間短、對微氣泡具有很好的保護作用等優點。

轉鐵蛋白(Transferrin,Tf)是一種單鏈糖基化球蛋白，含4個帶負電荷的唾液酸基團，可以通過靜電作用與藥物直接吸附。在腫瘤組織表面存在大量的轉鐵蛋白受體，為轉鐵蛋白作為藥物載體提供了可能[28]。Duzgunes等[29]先利用1,2 二油烯氧基-三甲氨基丙烷[1,2-dioleoyl-3-trimethy-lammonium-propane (chloride salt),DOTAP]和二油?；字Ｒ掖及?1,2-Dioleyl-s Glycero-3-Phosphoeth anolamine,DOPE)制備陽離子脂質體，將轉鐵蛋白在室溫下通過靜電引力直接吸附在陽離子脂質體表面。經細胞轉染實驗結果對比，含Tf的脂質體轉染宮頸癌(HeLa)細胞株的效果優于不含Tf的脂質體，證明其具有一定靶向性。

3 改變復合物的性質

聚醚砜(PES)是一種綜合性能良好的材料，已被廣泛作為制造醫用膜(如血液透析膜、血液分離膜、氧合器膜等)的原料，但其血液相容性不能滿足臨床應用的要求。王靈輝等[30]通過共混含叔氨側基的PES，得到表面含叔氨基團的PES膜，經過季胺化處理得到陽離子膜，再通過靜電吸附將陰離子的肝素分子固定在膜表面，得到肝素化的PES膜。通過通量測試裝置測試純水通量和牛血清蛋白(BSA)通量，對比肝素化前后的PES膜，肝素化后蛋白質溶液通量明顯增大，同時水通量的恢復率高達72.2%。說明肝素化后的PEI具有良好的抗蛋白吸附能力。復鈣化時間評價實驗表明，在復鈣化23 min時，肝素化后的PEI凝血性能是肝素化前的5倍，說明PEI經過肝素化后，血液相容性得到了改善。

聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)是一種可降解的高分子有機化合物，廣泛應用于制藥、醫用工程材料[31]等領域。但在探索其載藥微球制備工藝時，發現其釋藥初期速度過快。王芳等[32]利用靜電吸附法，用殼聚糖對PLGA進行表面修飾。體外釋放實驗結果顯示，第1小時的釋放量由56.03%下降到25.64%，表明經過殼聚糖修飾后的PLGA載藥微球的釋放初期的突釋性得到了改善，藥物釋放的時間延長。但由于殼聚糖是聚陽離子電解質，易吸附蛋白，激活血小板，會導致血栓形成，限制了其在血液接觸材料方面的應用。宮銘等[33]利用靜電吸附的方式，將含有磷酰膽堿聚陰離子的甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿-甲基丙烯酸二元共聚物[poly(MPC-co-MA),PMA]吸附在殼聚糖表面，根據X射線光電子能譜(XPS)和原子力顯微鏡(AFM)的觀察結果顯示，改性后的殼聚糖顯著降低了對血小板的黏附，抗凝血性能也顯著提高，表明成功獲得了仿細胞外層膜結構的涂層表面，從而改善了殼聚糖膜的血液相容性。

4 展望

近年來，靜電吸附法在醫藥領域中的應用越來越多，此種制備方法簡單，條件溫和，載藥性能好，并使控釋藥物具有一定靶向作用，有望在生物相容性材料、藥物控釋體系、藥物載體等方面得到更多的應用。目前已經上市的DC BeadTM微球和SAP微球就是利用離子間的靜電吸附作用來負載藥物，且臨床效果良好。但此種方法也有一定的弊端，載藥量小、負載的藥物種類少等問題仍需進一步探討與研究。

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