Cell:Afor
YaoLiu,Luo,Chen,WeiLiu*,Chen*
Nano-MicroLett.(2019)11:100
本文亮点
1本文综述了近些年来细胞膜包裹纳米粒在抗生素递送、肿瘤诊治、血管疾患、免疫调节、解毒等方面的应用进展。
2本文搜集了近六年来与该技术相关的专利申请，全面讨论了该技术未来的挑战和发展趋势。
3细胞膜包裹纳米粒的奇特性质使其成为生物医学应用中一种有特别有发展前途的策略，并将为人类健康作出突出贡献。
内容简介
上海中医药学院陈桐楷课题组和上海学院刘威课题组合作，对近六年来细胞膜仿生技术的研究进展进行了全面的总结和讨论。硕士研究生刘瑶为论文的第一作者。
细胞膜仿生技术是一种仿生复制细胞膜特点的方式，将天然细胞膜特点与人工内芯材料的特点结合上去，因而大大增强生物相容性，同时在体内实现长效循环和靶点递送。虽然细胞膜包裹的纳米粒具有显著的优势，但在其应用于临床之前还有好多工作要探求。
在这篇综述中，作者首先对细胞膜仿生技术的理论进行了全面概述，总结了现有的制备和表征技术。接出来，重点介绍了各类细胞膜类型的功能和应用。据悉，作者整理了用于细胞膜仿生技术的模型抗生素，并回顾了过去六年来与该技术相关的专利申请。最后，作者对这项技术的未来挑战和趋势进行了展望，以期对细胞膜仿生技术的未来发展提供一个全面的概述。
研究背景
纳米粒子早已在癌症的确诊和医治领域得到了广泛的研究，在抗生素递送、光热疗法、诊断成像和光动力疗法等方面具有潜在的应用空间。目前，聚乙二醇被广泛用作修饰纳米粒表面的金标准方式，用于逃避网状内皮系统的清理。但是，近来的研究表明，经聚乙二醇修饰的纳米抗生素，在持续给药后被肠道迅速消除细胞膜抗原，这些现象被称为“加速血液消除”。因而，大量研究工作旨在于研制更适宜体内抗生素递送的仿生纳米系统。其中，纳米粒生物功能化最突出的技术就是细胞膜仿生技术。细胞膜仿生技术是一种简单的自上而下的方式，借助细胞膜作为载体，在不考虑内核纳米材料特性的情况下，促使核内纳米粒在体内的长循环和靶点递送。
图文导读
I细胞膜仿生技术的理论基础
细胞膜包裹的纳米粒融合了原细胞和内核纳米粒的优点。这些细胞膜仿生技术的起源可以溯源到2011年，张良方课题组首次报导了这项技术，他的团队采取自上而下的策略，借助完整的细胞膜包裹纳米粒。与合成的“隐形”颗粒相比，被红细胞膜包裹的纳米颗粒在大鼠体内的半衰期更长，在循环中的滞留时间历时72小时。所制备的纳米颗粒既具有纳米载体本身的理化性质，又具有天然细胞的生物学性质。细胞膜实现免疫逃避不是通过躲避来完成的，而是穿上敌方的军服，膜蛋白相当于它们的通行证，致使它们能在体内大方自由地运送。常规的细胞膜包裹纳米粒的制备可分为三个关键步骤：膜提取、内核纳米载体的制备和融合（图1），每一个步骤都是纳米粒功能化的关键。
图1通过化学共挤出方式进行细胞膜包裹。通过低渗处理、反复冻融或超声波破坏获得合适的细胞膜后细胞膜抗原，与合成的纳米粒通过微孔聚碳香豆素膜共挤压。
制备后，须要对细胞膜包裹纳米粒的表征包括对其理化和生物学特点的表征，以确认细胞膜已成功地刻蚀在纳米粒表面。细胞膜包裹的成功与否取决于纳米粒的大小、表面电荷和蛋白质组成（图2）。
图1细胞膜包裹纳米粒的表征。(a)显示核-壳的结构TEM图象。(b)血小板膜衍生载体包裹硅颗粒的扫描电镜图象。(c)平均粒径大小和Zeta电位。(d)通过验证的特点性膜蛋白的保留。(e)SDS-PAGE蛋白剖析。
II细胞膜仿生技术应用于抗生素递送
红细胞膜是生物源性的，在个别情况下，它们有可能替代聚乙二醇并克用药物自身的限制。目前，大量的研究集中在红细胞膜包裹的纳米粒上，并定期开发出越来越智能的纳米粒子。与红细胞相比，血小板更适宜于靶点损伤组织和病变部位。血小板膜包裹的纳米粒具有持久的体内循环和靶向性，是一种理想的给药途径。为此，这些方式为血管疾患的医治提供了新的机会，包括心瓣再窄小（图3）和动脉粥样硬化。鉴于白细胞有许多不同的亚型，白细胞包裹的纳米粒可用于一系列不同的靶点抗生素传递应用，而无需进行重整修饰。癌细胞膜可以实现同源病变靶点性的手段，可以有效地靶点体内的癌症。
图2借助血小板膜包裹纳米粒实现靶点递送多西紫杉醇医治心瓣再窄小。
III细胞膜仿生技术应用于癌症医治
光医治是主动病变医治研究的一个主要领域，红细胞膜长循环特点在这一背景下具有很大的价值。血小板的黏附特点为克服光敏剂和光热转换材料在光医治短发布不均的局限性提供了解决方式。光热医治依赖于热损伤诱导癌细胞死亡，而这些损伤后的反馈可以促使血小板的被动靶点性，导致其额外的募集和光热效应的提高。白细胞包裹的纳米粒被证明是极其适宜光医治的理想粒子，可提升体内活性光敏剂/光热化合物的生物相容性和靶点性。早已开发出的几种用于光医治的癌细胞膜包裹纳米粒子才能有效地靶点同源病变，以传递光敏剂/光热化合物，但是与放疗或病变饥饿策略相结合，才能达到明显的抗肺癌疗效（图4）。
图3癌细胞膜包裹的纳米粒在光动力诊治中的抗肺癌疗效。
IV细胞膜仿生技术应用于免疫调节
中性粒细胞作为外周血中最丰富的白细胞，对发炎讯号有天然趋化的作用，在放疗或手术中起着关键作用。癌细胞膜提供了一系列癌症相关抗体，以剌激癌症特异性免疫应答。研究表明，将卡介苗佐剂包在癌细胞膜中是一种有效的提升防癌免疫的方式，为癌症免疫医治提供了巨大的空间。
图4中性粒细胞膜包裹的载药纳米粒改善关节炎大鼠模型的关节破坏。
V细胞膜仿生技术应用于祛痰
个别外毒素和内毒素化合物才能结合特定的细胞表面分子，这些性质可以被用于祛痰。细胞膜包覆的纳米粒在体内作为毒素诱饵，吸收破坏毒素，减轻毒素对正常细胞的侵袭。目前，细胞膜包裹的纳米粒已被应用于中和特定真菌毒素的新策略。
VI展望
天然细胞膜的奇特性质，包括其延长循环时间、免疫逃逸、粘附和同源靶点性的能力，为细胞膜仿生技术在纳米医学领域的新应用打开了房门。该技术中使用的细胞膜类型包括红细胞膜、血小板膜、白细胞膜、癌细胞膜、干细胞膜、β细胞膜、成纤维细胞膜及其介孔膜。这种细胞膜包裹的纳米粒已被证明可以实现有效的抗生素递送、肿瘤诊治、免疫调节和活血。介孔细胞膜的出现促使各类细胞膜类型的特点得以融合，这些策略在过去五年中得到了广泛的应用。但是，目前与细胞膜仿生技术相关的研究还存在局限性。为了开发多功能智能细胞膜包裹纳米粒，不可防止地须要对膜进行个别修饰，同时可能会形成一定的副作用。过量使用免疫细胞膜包裹的纳米粒可能通过与免疫系统的互相作用诱发或加重增生，进而可能造成病理介质的释放。其实细胞膜仿生技术仍未实现全面的临床施行，但其显著的优势和丰富的细胞膜来源为其工业化生产提供了坚实的基础。作者相信，在不久的将来，细胞膜包裹纳米粒的研究和开发将为人类健康作出不可估量的贡献。
作者简介
陈桐楷
(本文通信作者)
上海中医药学院副院长，硕士生导师
▍主要研究领域
纳米抗生素医治癌症和大脑疾患
▍主要研究成果
近些年来，已在,of,ACS&,等国际权威刊物上发表SCI论文20余篇。
▍Email:
刘威
(本文通信作者)
上海学院院长，博士生导师
▍主要研究领域
纳米抗生素医治癌症和循环病变细胞剖析
▍主要研究成果
近些年来，已在,,,ACSNano,Nano等国际权威刊物上发表SCI论文50余篇。
▍Email:
撰稿：原文作者
