下一代脂质体：制备、靶向递送和临床应用的革新

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Next-Generation Liposomes: Innovations in Preparation, Targeted Delivery, and Clinical Applications

摘要：脂质体是多功能纳米载体，在靶向药物输送方面具有巨大潜力，但其临床转化依赖于可重复的配方、结构完整性、生物性能以及可扩展的制造工艺。本文综述了脂质体制备、表面工程、结构表征和治疗应用方面的进展，强调了配方变量与关键质量属性（CQAs）之间的联系。讨论了传统方法（如薄膜水化和挤出）以及微流体和超临界流体辅助技术，重点分析了这些方法对颗粒大小、多分散性、层状结构和药物封装的影响。特别关注了脂质组成、胆固醇含量、表面修饰和聚乙二醇（PEG）涂层对囊泡稳定性、血液循环和药物释放的影响。靶向策略包括通过增强通透性和滞留效应（EPR）实现被动积累、配体介导的识别、肽的功能化，以及响应pH值、氧化还原条件、酶或温度的系统。还介绍了针对叶酸的PEG化脂质体及其互补的结构表征方法，包括冷冻透射电子显微镜和小角X射线散射。文章探讨了脂质体在肿瘤学、传染病、镇痛和疫苗学中的治疗应用，特别强调了用于血脑屏障转运和胶质母细胞瘤治疗的肽功能化脂质体。指出了被动靶向的局限性、肿瘤积累不均以及受体依赖性摄取问题。同时，讨论了制造过程中的挑战，如放大生产、连续处理、切向流过滤、灭菌和冻干技术，并探讨了分子动力学、可解释的人工智能和三维打印微流体等新兴技术。最后，概述了结合“质量源于设计”原则、严格表征、生物验证和监管要求的研究重点。这些视角为开发可重复、特定应用的脂质体配方提供了框架，并将其从实验系统推进到临床相关的纳米药物。

引言：纳米技术通过创建保护治疗药物、优化药代动力学并增强组织靶向性的载体，改善了药物输送。脂质体是由磷脂双层围绕水分核心构成的多功能纳米载体，能够将亲水性药物封装在核心内，将亲脂性药物包裹在膜中。它们可用于输送小分子、肽、蛋白质和核酸，应用于肿瘤学、传染病、镇痛和中枢神经系统疾病等领域。脂质体的制备方法已从薄膜水化、超声处理、反相蒸发和膜挤出等传统方法发展到微流体混合和连续处理等新技术，这些技术旨在提高颗粒大小均匀性、药物装载量、可重复性和制造可扩展性。远程装载、增强溶解度和冻干技术拓宽了脂质体的应用范围。脂质体的性能受脂质组成、胆固醇含量和表面修饰的影响。磷脂结构和酰基链饱和度影响膜稳定性、通透性和药物泄漏。聚乙二醇（PEG）可通过减少非特异性相互作用来延长血液循环时间；然而，重复给药可能会引发抗PEG免疫反应，这促使研究人员探索替代的亲水性和两性离子涂层。这些配方因素影响关键质量属性，包括颗粒大小、表面电荷、封装效率和药物释放动力学。

靶向策略不仅限于通过增强通透性和滞留效应（EPR）实现被动积累。用配体、抗体和肽修饰的脂质体可以增强受体识别和细胞摄取。肽功能化系统在血脑屏障转运和胶质母细胞瘤治疗方面显示出特别的前景。响应刺激的脂质体还能根据pH值、氧化还原条件、酶和温度控制药物释放。临床转化面临脂质降解、囊泡不稳定性、药物提前泄漏、制造变异性和生物异质性等挑战。可扩展的生产、有效纯化、灭菌和可重复的冻干对于保持产品一致性至关重要。肿瘤血管结构和通透性的差异也可能限制纳米颗粒的积累。计算方法（包括分子动力学、机器学习和可解释的人工智能）有助于研究脂质-药物相互作用和配方优化。新兴技术，如3D打印微流体装置和模块化连续反应器，为灵活制造提供了更多机会。

本文探讨了脂质体药物输送的配方、制造、机制和转化方面，分析了脂质组成、表面工程与关键质量属性之间的联系，评估了跨越生物屏障和治疗胶质母细胞瘤的肽功能化脂质体的靶向方法，并讨论了制造可扩展性、“质量源于设计”原则、监管要求和新兴计算技术。这些视角突出了将脂质体配方从实验室开发推向临床应用的主要机遇和挑战。

脂质双层的物理化学排列决定了脂质体纳米载体的性能。关键组成参数包括磷脂头部基团、酰基链长度和饱和度、胆固醇浓度、表面电荷和功能性表面修饰，这些因素共同决定了双层包装、通透性、相变温度（Tm）和抗不稳定性的能力。这些特性又决定了药物封装效率、循环稳定性和释放行为，为脂质体设计提供了依据。图1展示了标准脂质体及其基本组件的示意图。磷脂酰胆碱（PCs）是大多数临床相关脂质体配方的主要结构成分，因为它们具有良好的生物相容性和最小的免疫原性潜力。脂质酰基链的饱和度和长度显著影响膜的硬度和通透性。长链饱和PCs（如二硬脂酰磷脂酰胆碱（DSPC）具有更高的相变温度和更低的被动泄漏，适用于需要较长血液循环时间和稳定药物保留的应用。另一方面，不饱和脂质（如二油酰磷脂酰胆碱（DOPC）具有更高的膜流动性，这可以加快药物释放，但同时也会增加通透性和降低长期稳定性。特别是二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）倾向于形成非层状结构，这种融合特性被用于pH响应性输送系统，通过与可调节的稳定成分结合，在酸性内吞环境中引起双层不稳定，从而促进细胞内药物释放和内吞逃逸。

胆固醇参与维持脂质体膜的完整性。胆固醇插入磷脂酰酰基链之间，改善了脂质包装，减少了膜水化并防止了导致早期药物泄漏的结构缺陷。胆固醇的适量添加有助于平衡囊泡的硬度和功能性响应。过多的胆固醇会使双层过于僵硬，降低通透性，减少活性药物装载，并减弱刺激触发释放；而过少则会导致融合、氧化和储存及系统循环过程中的泄漏。脂质体双层的净表面电荷在生物相互作用中起着重要作用。阳离子脂质（如DOTAP）不仅可以与核酸发生静电复合物，还可以促进细胞摄取。然而，阳离子脂质也与蛋白质吸附增加、补体激活和网状内皮系统的快速清除有关。因此，在需要长时间循环和较少非特异性相互作用的情况下，通常建议使用中性或弱阴离子配方。功能辅助脂质（如热敏系统中的溶脂质）允许在外部刺激下快速且可逆地切换通透性，同时保持膜的初始稳定性。

表面修饰是提高脂质体药代动力学的重要方法。聚乙二醇（PEG）是最常用的空间稳定剂，可以有效减少调理作用并延长血液循环半衰期。然而，PEG的高表面密度可能阻碍配体-受体相互作用，在重复给药的情况下可能导致更快的血液清除和免疫识别。为了克服这些限制，正在研究其他隐蔽涂层，包括两性离子聚合物和基于聚甘油的化合物，以实现血液循环持久性和降低免疫风险。靶向配体和肽通常通过基于PEG的间隔剂（如DSPE-PEG-马来酰亚胺）进行连接，以调节空间取向和灵活性。因此，仔细调整间隔剂长度和配体密度对于保持胶体稳定性和避免对组织渗透和治疗效率有害的立体障碍或结合位点屏障至关重要。可以通过设计成分选择来使脂质体对生理或外部刺激产生响应。基于DOPE的酸敏感系统与稳定的两亲分子（如胆固醇半琥珀酸酯（CHEMS）结合，在酸性肿瘤或内吞环境中选择性地失稳。热敏配方通常基于二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）基质，并常与溶脂质结合，在42°C左右的温和高温下实现快速药物释放，从而实现血管内触发给药。含有二硫键和酶可切割连接器的氧化还原敏感脂质可进一步控制肿瘤和炎症环境中的细胞内药物释放。

混合纳米载体使用多种载体材料来增强药物封装、稳定性、控制释放和治疗效果。脂质-聚合物混合纳米颗粒（LPHNPs）通常具有由聚合物核心和脂质层组成的结构，聚合物核心可以通过聚乙二醇（PEG）或靶向配体进行修饰，以影响血液循环和与生物目标的相互作用（Hadinoto等人，2013；Mukherjee等人，2019）。聚合物核心支撑结构并控制药物释放，而脂质层影响药物保留和表面特性。其性质取决于所选的聚合物、脂质、表面活性剂、制备技术和制造条件。与传统脂质体（由脂质双层包裹水分间隔区不同，LPHNPs通常包含脂质包覆的聚合物核心（Hadinoto等人，2013；Dave等人，2019）。LPHNPs可以通过用脂质包覆现有聚合物纳米颗粒或同时组装两种成分来制备。常用的方法包括纳米沉淀和溶剂置换。聚合物和脂质的浓度、成分比例、溶剂组成及混合条件会影响颗粒大小、形态、封装效率和可重复性（Mukherjee等人，2019；Dave等人，2019）。治疗剂可以掺入聚合物核心、附着在脂质层上或分布于两种成分中。药物溶解度、聚合物-药物相互作用、脂质组成和制备条件决定了封装效率和药物释放。聚合物核心可以控制药物扩散，而脂质层影响药物保留和与生物环境的相互作用（Hadinoto等人，2013；Mukherjee等人，2019）。

LPHNPs已被研究用于抗癌药物输送、核酸输送、靶向治疗和诊断成像。其模块化设计使得核心、脂质涂层和表面配体可以根据具体应用进行定制。然而，需要实验验证来评估靶向效率、肿瘤积累、治疗效果、安全性和制造可重复性（Mukherjee等人，2019；Dave等人，2019）。脂质含量的选择对脂质体稳定性和性能至关重要。通过控制脂质链长度和饱和度可以调节双层的相变温度，以实现足够的储存稳定性和与所需释放触发条件的兼容性。添加胆固醇可以避免早期药物泄漏并增强膜的稳定性。然而，过多的胆固醇会降低膜对环境或生物刺激的响应。表面电荷在生物相互作用中起重要作用，需要在有效细胞摄取和可接受的血液循环时间之间找到平衡。因此，阳离子溶液最适合局部给药或基于核酸的应用。隐蔽表面化学的选择取决于给药频率和免疫原性考虑，在重复给药的情况下，PEG的替代品更为合适。当靶向配体和肽通过灵活的间隔剂连接并在指定表面密度下提供时，效果最佳。在放大生产之前，应系统评估关键物理化学因素，如颗粒大小、多分散性、ζ电位、药物保留和在生理及触发条件下的释放动力学。这些成分驱动的因素为合理控制脂质体药代动力学、生物分布和部位特异性药物释放提供了依据。

文献检索策略：进行了系统的文献搜索，以识别有关脂质体配方、制备、表征、靶向、制造和临床应用的出版物。搜索策略涵盖了脂质体组成、混合系统、微流体、PEG化、响应刺激的输送、胶质母细胞瘤、血脑屏障、基因输送、计算方法和药物质量属性等相关内容。使用适当的关键词和布尔运算符识别了相关出版物。

可靠脂质体性能依赖于使用受控的制备程序。无论采用何种方法，目标都是相同的：获得具有定义大小的囊泡和层状结构，低多分散性；最大化并稳定药物与脂质的比率；最小化残余溶剂；并确保封装的车辆在作用部位被触发释放之前保持稳定。本文提供了最普遍的脂质体表面工程策略的实际和应用导向概述。

表面修饰的脂质体是用于输送抗癌药物和核酸（如siRNA）的多功能纳米载体。肽具有优势，因为它们体积小、结构灵活且易于合成。噬菌体显示筛选可以识别肿瘤特异性肽配体，从而增强靶向输送（表4）。黄体生成素释放激素（LHRH）结合的聚乙二醇化紫杉醇脂质体显示出更强的肿瘤积聚能力和治疗效果，同时系统性副作用更低。除了常见的可以与特定生物或物理信号选择性响应的配体结合外，脂质体还可以通过功能化学基团进行特异性修饰。这些先进的系统通常被称为刺激响应性或“智能”脂质体，其设计目的是在循环系统中保持稳定，并且只有在特定环境事件触发下才会释放其所封装的药物。Torchilin（2005）将这些智能制剂视为一个重要的进展。

脂质体在癌症治疗中的应用
脂质体由于其高生物相容性、低毒性和能够封装多种治疗物质的能力，已被证明是优秀的载体。它们的结构与生物膜相似，这有助于更安全地输送药物并防止药物过早分解。脂质体可以将化疗药物靶向输送到肿瘤部位，从而减少对健康组织的暴露，进而降低全身性不良反应并改善治疗效果。

多形性胶质母细胞瘤中的肽功能化脂质体
多形性胶质母细胞瘤（GBM）仍然是最具侵袭性和致命性的原发性脑肿瘤之一，由于其极高的侵袭性和对完全手术切除的抵抗性，复发率约为90%。肿瘤微环境复杂，包含促进增殖、侵袭和血管生成的耐药性胶质母细胞瘤干细胞。血脑屏障（BBB）和血脑肿瘤屏障（BBTB）的存在为有效治疗带来了额外的挑战。

用于靶向胶质母细胞瘤治疗的肽-脂质体系统
基于肽的疗法因其在肿瘤治疗中的选择性和多功能性而受到了极大的关注（表7）。正如Nguyen等人（2023）所强调的，基于肽的药物在癌症治疗中的治疗前景正在不断扩大。已有几种基于肽的药物被批准用于治疗各种癌症。Pranami等人（2021）记录了卡非佐米在血液系统肿瘤中的使用情况；Hope等人（2023）报道了177Lu-PSMA-617在前列腺癌中的临床应用；目前还没有任何肽类药物被专门用于胶质母细胞瘤的治疗。

脂质体非病毒载体
基于脂质的非病毒载体正成为癌症基因治疗的多功能且临床可行的平台。当前的非病毒技术不仅用于基因递送，还用于发挥额外的治疗作用以提高整体抗癌效果（Chen等人，2021）。脂质体的膜状磷脂结构、可调的物理化学性质以及相对较低的免疫原性是其成为这一领域核心的原因。

数字和计算工具在脂质体设计中的应用
采用了一种全因子实验设计（DoE）技术，结合微流控生产平台，系统地探索了一系列脂质配方（图13）。选择粒径作为关键的质量参数，因为它直接影响治疗效果和监管批准（FDA，2018）。该配方库包括饱和和不饱和磷脂酰胆碱与胆固醇及聚乙二醇化脂质的混合物。

结论
脂质体已经发展成为多功能药物递送系统，在肿瘤学、传染病、中枢神经系统疾病、镇痛和疫苗学等领域都有广泛应用。脂质组成、表面功能化和刺激响应性工程的进步扩大了调节囊泡稳定性、药物保留、循环时间和释放行为的机会。通过优化脂质组成、胆固醇含量、聚乙二醇（PEG）涂层以及靶向功能，可以进一步提升脂质体的性能。

提案：先进的脂质体平台用于精准纳米医学：临床转化路线图
1. 对《药物递送科学与技术杂志》读者的相关性
脂质体已经超越了作为简单膜模拟载体的角色，成为现代精准纳米医学的基石。随着制药行业向以患者为中心的复杂仿制药方向发展，迫切需要弥合实验室规模配方创新与临床生产严格监管要求之间的差距。这篇综述对于《药物递送科学与技术杂志》的读者具有很高的相关性。

作者贡献声明
Anjaneyulu Vinukonda：撰写——综述和编辑；Ravi Kiran Kaja：撰写——原始稿件

未引用的参考文献
Agrawal等人，2025；Bakouei等人，2024；Bruna等人，2013；Shangguan等人，2006；Guo，2022；Hoseini等人，2023；Imura等人，2003；Lasic，1992；Liu等人，2021a；Lozano和Rieth，2020；McHugh和Krukonis，1994；Rieth和Lozano，2019；Roces等人，2020；Roxin和Zheng，2012；Trucillo等人，2021；Türk和Bolten，2010；美国食品药品监督管理局，2018；Wu等人，2020；Zhang等人，2021。

利益冲突
作者声明没有可能影响本文工作的已知利益冲突或个人关系。

致谢
不适用

Ravi Kiran Kaja
Anjaneyulu Vinukonda