综述：电纺纳米纤维能否智胜乳腺癌？技术探索、聚合物创新与临床前景

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Can electrospun nanofibers outsmart breast cancer? Exploring techniques, polymer innovations and clinical potential

本综述系统探讨了电纺纳米纤维作为一种新兴的纳米技术药物递送平台在乳腺癌治疗中的应用。文章重点阐述了其高表面积体积比、可调孔隙率及与细胞外基质（ECM）相似的结构优势，如何实现化疗药（如多柔比星、紫杉醇）、天然抗癌分子（如姜黄素）及功能组分（如光敏剂）的局部、持续释放，从而增强治疗效果并减少全身毒性。同时，综述分析了不同电纺技术、天然/合成聚合物选择、给药途径及pH/酶响应等智能释放机制，展望了其在靶向及多功能联合治疗（如化学疗法、光动力疗法PDT）中的巨大潜力与面临的产业化挑战。

　　

引言

癌症是全球发病率和死亡率的主要原因之一，其特点是细胞生长不受调控、组织浸润和转移。在所有癌症类型中，乳腺癌是全球女性最常被诊断出的恶性肿瘤，也是全球女性癌症相关死亡的主要原因。传统治疗方法如手术、化疗、放疗和激素疗法，虽然在一定程度上有效，但常伴有显著的缺点，包括全身毒性、药物选择性差、药物快速清除、多药耐药、肿瘤清除不彻底和复发。近年来，基于纳米技术的药物递送平台，特别是通过静电纺丝技术制备的电纺纳米纤维，已成为增强乳腺癌治疗前景广阔的策略。

纳米纤维

与脂质体、聚合物纳米颗粒和树枝状聚合物等众多纳米颗粒系统相比，电纺纳米纤维提供了一系列独特且互补的优势，使其特别适用于特定的治疗场景，尤其是在乳腺癌管理中。与在全身分散的零维纳米颗粒不同，纳米纤维可以制成二维贴片或三维多孔支架，用于局部植入。这种宏观结构允许在肿瘤切除腔或特定组织部位进行原位放置，从而实现长期、局部的药物释放，并最大限度地减少全身暴露。它们的高表面积体积比有利于高载药量和可控释放动力学。此外，它们模仿天然细胞外基质的纤维结构，能促进细胞相互作用和组织整合，这对于术后治疗或预防复发特别有利。

用于制造纳米纤维的静电纺丝技术

纳米纤维技术在药物递送中的起源可以追溯到静电纺丝过程的发现和演变。静电纺丝是制备纳米纤维最古老的方法，具有高效率、适应性广、生产成本低和复杂性低的特点。作为一种多功能技术，它能生产具有可控形态和高表面积体积比的纳米纤维。该过程的基本设置包括高压电源、注射泵、带有金属针头的注射器和接地收集器。在高压下，聚合物溶液或熔体在针尖形成泰勒锥，当静电力克服表面张力时，射流被加速朝向收集器，在此过程中溶剂蒸发或熔体固化，形成连续的纳米纤维。

用于纳米纤维制造的聚合物

天然、合成和混合聚合物广泛用于制造用于乳腺癌治疗的纳米纤维，每种聚合物都具有独特的优势。聚合物的选择至关重要，因为它决定了生物降解性、药物释放动力学、机械强度和生物相容性等关键特性。

纳米纤维在癌症治疗中的给药途径

纳米纤维基药物递送的疗效在很大程度上受给药途径的影响，这决定了位点特异性、释放动力学和整体治疗效果。对于乳腺癌治疗，电纺纳米纤维主要通过三个关键途径给药：局部植入、注射和透皮应用，每种途径针对不同的临床情况提供独特的优势。

纳米纤维中药物的基本释放机制

聚合物纳米纤维，特别是通过静电纺丝制备的纳米纤维，由于其高表面积、孔隙率和可调结构，已成为先进的药物递送平台。这些特性允许治疗剂的有效封装和可控释放。药物从此类纤维基质中的释放受多种物理化学过程的组合控制，包括扩散、溶胀和聚合物降解，具体取决于材料特性、药物性质和释放环境。

纳米纤维在乳腺癌中的潜在作用

肿瘤的酸性微环境（pH～6.5或更低）为pH敏感纳米纤维提供了天然刺激。这些纤维使用壳聚糖、聚丙烯酸或聚（L-组氨酸）等聚合物配制，这些聚合物在中性pH下保持稳定，但在酸性条件下会降解、溶胀或变得可溶。这使得药物能够在肿瘤或感染部位直接实现位点特异性释放，从而最大限度地减少对正常组织的损害。这些系统在酸性pH常见的慢性伤口中也很有用。

挑战与未来展望

电纺纳米纤维在癌症治疗的局部和可控药物递送方面具有巨大潜力；然而，必须克服一些技术和转化挑战。静电纺丝是一种生产纳米纤维垫的方法，但其商业化面临重大挑战，如单喷嘴生产效率低、喷头频繁堵塞、射流不稳定和进料速率限制。尽管单喷嘴系统在实验室环境中表现良好，但扩大生产规模以满足临床需求需要多喷嘴系统或无针技术，这可能会影响纤维的均匀性和质量。生物相容性和长期安全性是另一个关键问题。尽管许多聚合物被认为是生物相容的，但它们在体内的降解产物、潜在的炎症反应以及对局部组织微环境的长期影响需要更全面的临床前和临床研究。此外，实现精确的时空控制药物释放仍然是一个挑战。虽然刺激响应型纳米纤维（如对pH、酶或温度敏感）很有前景，但其在复杂体内环境中的可靠性、特异性和可重复性需要进一步优化。未来的研究应侧重于开发更智能、可生物降解的多功能纳米纤维系统，将其与靶向配体、成像剂和免疫调节剂相结合，用于个性化医疗。监管指南和标准化制造协议的建立对于将这些有前景的平台从实验室推向临床也至关重要。

结论

总之，纳米纤维基药物递送系统在乳腺癌治疗中取得了重大突破。由于其极大的表面积和可调孔隙率，这些纤维能够有效地携带和递送多种治疗剂直接到达癌组织。这种靶向递送确保了肿瘤部位维持高药物浓度，同时限制了健康组织的暴露，从而减少了传统化疗中常见的副作用。通过结合刺激响应型聚合物，这些系统可以设计为在肿瘤微环境（如酸性pH或特定酶）中智能释放药物，进一步提高特异性。此外，它们能够共同递送化疗药物、天然化合物和功能纳米颗粒，为联合治疗（如化学疗法、光动力疗法和热疗）提供了平台。尽管在规模化生产和长期生物安全性方面存在挑战，但纳米纤维技术通过提供更有效、侵入性更小且患者特异性更强的乳腺癌管理方法，为肿瘤学领域带来了巨大希望。未来的研究应集中于克服这些障碍，并将这些有前景的纳米材料转化为临床现实。