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为解决 AMR 威胁及新药研发难题，澳大利亚联邦科学与工业研究组织等机构研究人员开展纳米颗粒疗法治疗感染研究。发现 NAM 有潜力，但面临临床、经济和监管挑战。该研究为开发 NAM 提供指导，值得科研人员一读。
澳大利亚视角：新兴纳米颗粒疗法治疗感染在临床、经济和监管方面的考量
本杰明?W?缪尔 1,5，詹妮弗?A?E?佩恩 1,5，詹妮弗?H?马丁 2，莱利?奥谢 1，萨里加马?拉杰什 1，刘易斯?D?布莱克曼 1，沈欣慧 3，查德?希兹尔伍德 1，维普尔?班萨尔 4，布兰温?摩根 1
1 澳大利亚联邦科学与工业研究组织，维多利亚州克莱顿
2 澳大利亚新南威尔士州卡拉汉纽卡斯尔大学医学院和公共卫生学院
3 澳大利亚维多利亚州莫纳什大学
4 澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学伊恩?波特纳米生物传感设施
5 本杰明?W?缪尔、詹妮弗?A?E?佩恩贡献相同
电子邮箱：ben.muir@csiro.au；jen.payne@csiro.au
抗菌药物耐药性（AMR）对全球健康构成日益严重的威胁。纳米医学与药物再利用相结合，可能有助于延长现有和新型抗菌药物的有效使用寿命。这篇综述从澳大利亚的视角探讨了基于纳米技术的疗法，突出了科学和临床方面的挑战。早期考虑纳米抗菌药物（NAM）进入市场可能面临的障碍，不仅有助于加速澳大利亚国内，还能推动全球范围内纳米抗菌药物针对耐药病原体的研究转化、监管审批以及患者可及性。
在过去五年中，美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）批准的用于治疗真菌、寄生虫和细菌感染的新型抗菌药物不足十几种。从研发到临床试验，抗菌药物临床研发管线的持续增长至关重要，因为与细菌抗菌药物耐药性相关的死亡人数自 2019 年估计的 500 万人以来持续攀升。同样重要的是，耐药感染患者的生活质量下降。迫切需要实施减轻抗菌药物耐药性的策略，包括加快药物研发时间和增加传染病治疗方案的多样性。这包括将现有药物重新用作抗菌药物，并在制剂和递送机制中融入技术进步。
实现这一目标的一种方法是开发纳米抗菌（NAM）疗法。美国 FDA 和澳大利亚治疗用品管理局（TGA）的指南将纳米技术产品定义为最终产品经过刻意设计，尺寸在 1 - 100 纳米尺度，最大可达一微米，且产品的药效学和药代动力学等属性依赖于活性材料处于纳米尺度。纳米抗菌药物通常由有机或无机材料组成，包括脂质、聚合物、肽、蛋白质、金属、金属氧化物以及各种复合材料。纳米抗菌药物可以与其他抗菌剂结合，与游离药物相比，能够减少给药剂量或采用联合用药方案。面对耐药感染率上升和新型抗菌药物研发管线减少的情况，纳米抗菌药物因其固有的抗菌特性和克服耐药机制的能力，越来越具有吸引力。由于其独特的性质，纳米抗菌药物在科学、经济和监管方面有特定的要求，需要加以解决，以确保它们能够成功转化为临床应用。了解这些挑战可能有助于加快其产生影响的进程。
纳米抗菌药物开发应对抗菌药物耐药性的考量和挑战
虽然抗菌纳米抗菌药物是一个潜在的小众机会，但它们将面临与传统抗菌药物相同的市场准入和商业可行性问题。以下将重点介绍在澳大利亚开发纳米抗菌药物时的几个关键考量因素，这些因素在全球范围内也具有相关性。
从研发到临床试验的过渡
新药研发中最具挑战性的瓶颈之一出现在临床前研究和首次人体临床试验之间。在澳大利亚进行的临床试验得到了包括美国 FDA 和 EMA 在内的主要司法管辖区的认可，并且无需获得美国 FDA 的研究性新药（IND）申请批准，这意味着试验可以更快启动。澳大利亚还有研发税收优惠政策以吸引投资，包括临床试验投资。然而，由于澳大利亚感染人数较少且人口分布分散，很难招募到足够数量的患者，使抗菌药物研究具备统计学效力。在偏远和农村社区招募临床试验参与者，以及将澳大利亚和其他国家的原住民纳入试验，仍然是更棘手的问题。公众意识、信任以及对纳米抗菌药物所能带来益处的了解，也是获得这些临床试验支持的重要部分。此外，抗菌药物临床试验因缺乏快速特异性诊断方法而处于劣势，这些诊断方法能够识别病原体、促进患者招募并丰富临床试验人群。
面对快速的抗菌药物耐药性和激励措施变化的商业可行性
将一种新药推向市场需要高昂的时间和资金成本（高达 26 亿美元，耗时 10 - 15 年），并且从这些发现中获利的独家销售期有限。对于包括纳米抗菌药物在内的新型抗菌药物而言，与其他治疗领域相比，这种模式在财务上不具备可行性或竞争力。因此，许多制药公司退出抗菌药物研发，转而专注于非传染性和慢性疾病领域，也就不足为奇了。小型公司填补了这一空白，在推动激励措施和针对抗生素开发计划（如抗耐药菌生物制药加速器（CARB-X）、修复影响基金、欧洲抗菌疗法孵化器（INCATE）和抗菌药物行动基金）的定向资助的帮助下，将新型抗菌药物推向市场，其中包括一些纳米抗菌药物（见补充表 1 和表 2）。然而，全球抗菌药物耐药性研发、人力资本和专业知识水平仍然令人担忧地处于低位。
此外，市场成功并非有保障，因为通常依靠高销量来覆盖的批准后费用，对于抗菌药物来说并不可行。在促进和限制抗菌药物使用之间需要进行平衡，以限制耐药性的发展并最大化药物的有效使用寿命，这属于抗菌药物管理的范畴。这是必要的，因为微生物病原体能够迅速产生并传播耐药性，其产生速度通常与抗生素使用水平相关。由于新型抗菌药物不被视为救命药物，患者通常对其价格期望较低。作为 “最后手段” 的药物，它们的销量也较低，并且上市后的成本高于收入，因此即使将新型抗菌药物推向市场，公司也可能面临破产，这并不奇怪。不过，包括英国在内的一些国家已经实施了创新的定价和报销机制，预计这将有助于重振抗菌药物研发管线。截至目前，这些将抗生素销量与利润脱钩的 “拉动” 激励措施在澳大利亚尚未实施。
纳米抗菌药物疗法的潜力
有前景的抗菌分子候选物常常因脱靶毒性效应和递送挑战而在临床试验中失败。通过将产品重新配制为纳米抗菌药物，这些问题已得到解决，并且可能为未来的药物再利用和新型抗菌药物解决这些问题。
利用纳米抗菌药物改变现有和新兴疗法的药理学，拓宽了应对抗菌药物耐药性策略的潜在范围。纳米抗菌药物的优势包括：使用较低剂量的抗菌药物即可达到相同效果；能够靶向特定的生物体或感染部位，从而减少脱靶细胞毒性效应；采用多疗法方法，同时给予两种或更多种抗菌成分以获得更好的疗效；重新利用现有药物和存在溶解性差等问题的新型药物。
通过纳米制剂改善靶向性和递送
临床纳米抗菌药物疗法包括澳大利亚开发的用于治疗细菌性阴道炎的树枝状聚合物制剂（VivaGel），以及含有抗真菌药物两性霉素 B（安必素（AmBisome）、Fungisome、Abelcet、Amphotec）或抗生素阿米卡星（Arikayce）的脂质纳米抗菌药物制剂。这些脂质纳米抗菌药物制剂凸显了其优势，同时也聚焦于确保纳米抗菌药物制剂一致性的监管和制造要求。
Arikayce 是将抗生素阿米卡星包裹在由二棕榈酰磷脂酰胆碱和胆固醇组成的脂质体中，用于治疗鸟分枝杆菌复合群肺部疾病。这种病原体在生物膜中持续存在，或作为巨噬细胞内的细胞内感染，使得传统的全身用抗生素难以将其作为靶点。纳米抗菌药物制剂通过定制的雾化器递送，确保脂质体的大小、分布以及游离药物与包裹药物的比例一致，这些都是药物活性的关键参数。其设计目的是促进药物靶向递送至肺部，同时尽量减少全身暴露。这降低了游离阿米卡星所观察到的毒性和脱靶效应，从而允许更长时间和更高剂量的给药方案。纳米抗菌药物制剂还使包裹药物被巨噬细胞的摄取增加了五倍以上，并且与游离药物相比，在体内对生物膜的穿透性更强，从而使治疗更有效。
两性霉素 B 是一种广谱抗真菌药物，但存在急性输液相关反应和肾毒性，常常导致无法完成整个疗程的给药。将两性霉素 B 包裹在一系列不同的脂质纳米抗菌药物制剂（安必素、Fungisome、Abelcet 和 Amphotec）中，通过控制药物释放和将药物靶向真菌病原体，提高了其疗效和安全性，降低了宿主毒性。对于 Amphotec，体内实验结果表明，与游离两性霉素 B 相比，肾毒性降低了五倍。安必素的制造过程定义了脂质体所需的物理特性。相同化学成分的脂质纳米制剂，生产方法稍有偏差就会导致显著不同的毒性和降低的疗效。由于无法重现确切结构，美国 FDA 已召回了几种仿制的安必素产品。这种毒性差异凸显了对纳米抗菌药物产品和批次进行监管和测试的重要性。
通过纳米制剂克服抗菌药物耐药性
纳米抗菌药物的作用机制涵盖广泛的抗菌活性。有一些纳米抗菌药物能够破坏微生物细胞壁和细胞膜，例如使用阳离子纳米抗菌药物和 “纳米刀”，其尖锐的结构可物理破坏细胞膜。纳米抗菌药物可以产生活性氧物质（ROS），损害细胞内成分，包括 DNA，从而阻断蛋白质合成和细胞分裂，并破坏复杂的生物膜。它们能够使抑制和杀菌机制同时发挥作用，并干扰微生物用于规避 DNA 修复和产生抗菌药物耐药性的机制。
纳米抗菌药物能够治疗通常更难治疗的感染，包括生物膜感染和细胞内感染。例如，生物膜的特点是环境呈酸性，这使得 pH 敏感的脂质体能够靶向并在生物膜中积累。此外，纳米抗菌药物脂质体可以通过脂质与生物膜中细菌细胞膜的融合，增强药物向生物膜的递送，而金属纳米抗菌药物则干扰群体感应和细胞外基质结构。临床上可用的纳米抗菌药物 Arikayce 具有对抗生物膜和细胞内摄取的特性，其中抗生素阿米卡星的脂质包封增强了其对细胞内病原体鸟分枝杆菌的活性。
致病微生物已经获得了多种生存机制，使其能够逃避抗生素的杀灭。纳米抗菌药物可能绕过传统的抗生素耐药机制，包括细胞壁增厚、外排泵表达和酶降解。例如，各种抗生素的脂质纳米载体相对于游离药物对照组，显著降低了这些药物对多种细菌的体外最低抑菌浓度（MIC）。这归因于脂质纳米颗粒的融合性，有助于细胞膜穿透，以及对包裹药物的酶降解保护作用。此外，纳米抗菌药物自身赋予的新型抗菌机制，如高纵横比的碳和金属纳米材料破坏细胞膜（“纳米刀” 机制），或阳离子脂质和聚合物纳米颗粒，赋予了广谱抗菌特性，现有细菌耐药机制目前无法克服这些特性。其他以前未见过的杀菌机制包括金属离子浸出、通过光动力材料产生活性氧物质以及光热疗法等。总之，纳米颗粒独特的作用机制与传统药物不同，使其成为联合疗法和克服多药耐药机制的理想选择。
目前纳米抗菌药物的临床研发管线
对
www.biopharmacatlyst.com上所有报道的抗菌治疗临床试验数据进行回顾后发现，在过去十年中，抗菌治疗的数量呈上升趋势（图 1）。然而，同时收到美国 FDA 完全回应信（CRL，图 1）等未获批的产品总数也在增加。截至 2024 年，正在进行临床试验的抗菌药物数量与获批产品相比几乎翻了一番，这表明该领域的活动日益增加。有超过 40 种抗菌药物正在进行干预性临床试验，其中包括使用纳米抗菌药物等 “非传统药物”。在澳大利亚，仅知晓两项基于脂质纳米抗菌药物的临床试验，均处于 III 期，由 Insmed Incorporated 公司开展，分别用于研究脂质体治疗分枝杆菌感染（ALIS 试验目前正在招募参与者）和铜绿假单胞菌感染（2020 年进行的试验）（补充表 1）。
对过去 6 年全球基于纳米抗菌药物的临床试验（列于
https://www.clinicaltrials.gov/）进行回顾时发现，有 46 项已开展或计划开展的试验专门使用纳米抗菌药物治疗微生物感染（图 2 和补充表 2）。临床环境中纳米抗菌药物的增加与传统抗菌治疗的增长同步，三年平均试验数量从 1997 年至 2000 年的仅 2 项，增长到 2021 年至 2024 年的 12 项。然而，这些试验中有很大一部分处于 I 期（30%），且参与者数量相对较少，平均不到 100 人。在这 46 项试验中，只有 9 项公布了结果，其中 5 项有相关出版物。这使得在临床研究中证明纳米抗菌药物潜在益处的统计学显著性具有挑战性。构建纳米抗菌药物的主要临床使用材料是脂质（脂质体和纳米螺旋体）和金属 / 金属氧化物基（主要是银、金、铁、铜和锌），还有少量聚合物，如壳聚糖和聚乳酸 - 乙醇酸共聚物以及基于肽的纳米抗菌药物（图 2 和补充表 2）。在各种可用的纳米载体中，具有类似细胞膜结构的脂质基脂质体是极具前景的抗菌药物递送工具。脂质体由两亲性脂质形成双层结构，能够将亲水性药物包裹在其水核中，将疏水性药物包裹在脂质双层中。这种结构不仅提供了高载药能力，还使脂质体能够与细菌细胞膜融合，从而将抗菌药物直接有效地递送至细胞内。脂质体可以根据与微生物表面所需的相互作用，通过使用磷脂酰胆碱或卵磷脂使其表面电荷呈中性，使用 1,2 - 二油酰 - 3 - 三甲基铵丙烷（DOTAP）使其呈阳离子性，使用 1,2 - 二油酰 - sn - 甘油 - 3 - 磷酸丝氨酸（DOPS）使其呈阴离子性，或使用磷脂酰乙醇胺使其呈两性离子性。聚乙二醇 - 脂质的加入进一步增强了脂质体的稳定性、隐身特性和生物膜穿透能力。凭借其融合特性、可调节的表面电荷以及逃避免疫系统的能力，脂质体成为递送抗菌药物最有前景的纳米载体之一。
目标病原体的种类几乎在细菌和真菌之间平均分配，还有少量针对寄生虫疾病的试验，包括皮肤和播散性利什曼病（见图 2 和补充表 2）。随着新技术的出现，所针对的微生物类别和正在试验的纳米抗菌药物正在迅速发展。纳米抗菌药物必须具有可扩展性、商业可行性，并且能够在受监管的设施中可重复制造，下一部分将对此进行讨论。
证据要求和澳大利亚监管需求
纳米抗菌药物越来越具有吸引力，因为它们可能比基于分子的药物更具优势。从监管角度来看，纳米抗菌药物通常不要求比标准抗生素产品 “更好”，而是要求 “非劣效”。在澳大利亚，TGA 会根据具体情况对含有纳米颗粒的产品申请进行审查和决策。美国 FDA 为纳米技术产品的开发者提供了一些指导，其他主要监管机构的观点可能会影响 TGA 未来的建议。然而，TGA 将继续应用《治疗用品法案（1990）》中的立法框架来评估产品，该法案要求产品在获得上市批准之前，必须证明其在预期用途中的质量、安全性和有效性。现有药物（如抗生素）的纳米制剂属于该法案下的新治疗产品，不过如果制剂与 TGA 已注册的制剂相同，则数据要求会有所降低。然而，由于决定纳米抗菌药物体内特性的许多参数是特性分布，而非确定值，因此衡量此类制剂是否相同需要仔细评估，并制定明确的公差标准。
对于临床前数据，TGA 要求证明纳米抗菌药物工程的可靠性，包括粒径的一致性和稳定性以及药物包封的稳定性，就像脂质基 SARS - COV - 2 mRNA 疫苗的情况一样。对于新型纳米制剂，可能需要有关动物或人体受试者中颗粒药代动力学的数据，不过 TGA 可以利用其在成熟技术（如纳米球和脂质纳米颗粒）方面的经验，减少新申请人的数据要求。在纳米颗粒药物能够作为上市批准的依据之前，临床试验数据需要向 TGA 证明其与游离药物相比的治疗主张和益处。
TGA 可以指定产品进行 “临时” 注册，这允许监管机构根据初步数据批准产品，但前提是在批准后进行确证性试验。这条加速途径旨在让那些在安全性和 / 或有效性方面比现有疗法有显著改进的产品能够早日上市。如果纳米尺度制剂的益处能在早期数据中体现，纳米抗菌药物有可能满足临时批准的标准。鼓励纳米抗菌药物开发者在产品设计、临床试验或监管文件编制的早期就咨询 TGA，以便识别纳米抗菌药物存在的任何问题，并确定监管选项。
需要对纳米抗菌药物制剂进行一致的表征，并完善相关指南。这包括制剂的组成、纯度、载药量和包封率、粒径、形态、胶体稳定性、结构、表面完整性、化学性质、表面电荷、溶解性、无菌性和药物释放特性。与明确界定的小分子或蛋白质疗法不同，这些纳米抗菌药物制剂的颗粒具有分布性，其每个物理化学性质都呈现一个范围，而非确定值。因此，在这种情况下必须考虑制造和生物学方面的影响。额外的测试包括生物相容性和溶血特性、在合适细胞系中的细胞毒性、动物模型中的免疫反应、内毒素污染测试、在合适细胞系中的氧化应激测量。其他方面还包括遵守良好生产规范（GMP）、制造过程控制、批次分析方法、所有辅料材料的控制，包括了解残留溶剂或重金属水平、所有辅料的杂质水平和浓度、工艺验证、参考标准的使用以及封闭容器系统。关于免疫原性特性、纳米抗菌药物与合适生物组织、器官和介质的相互作用、生物分布、清除率以及与合适参考材料的比较等额外信息也很关键。
纳米抗生素商业化和报销机会
已知对抗抗菌药物耐药性的解决方案多种多样，但开发安全有效的抗生素是一项公益事业。澳大利亚可以从加强基础设施、投资和资源中受益，以改进用于纳米抗菌药物测试和筛选的体外模型以及临床试验能力。对于各国而言，没有有效的抗生素也是一种风险。将旧药重新用于新型纳米抗菌药物，并采用针对两种或更多机制的联合疗法，为未来提供了一些途径。在该领域有机会开发新的激励措施，以报销研发费用，因为抗生素是低成本药物，且新药使用谨慎。当纳米抗菌药物治疗在社区广泛使用时，IV 期试验至关重要，因此激励措施也可以助力后期临床试验。在澳大利亚，新药要纳入药品福利计划（PBS）
