新型有机-无机复合脂质体Cerasome的研究及应用进展

康传哲，张明珠，陈岩，马满玲#（.哈尔滨医科大学附属第一医院，哈尔滨5000；.东北林业大学盐碱地生物资源环境研究中心/东北油田盐碱植被恢复与重建教育部重点实验室，哈尔滨 50040）

近年来纳米技术得到了迅速发展，无机纳米粒子与有机聚合物复合制备有机-无机纳米复合材料成为目前材料学科研究的热点。这种材料与通常的聚合物/无机填料体系不同，并不是无机相与有机相的简单加和，而是由无机相和有机相在纳米至亚微米范围内通过较强或较弱化学键（范德华力、氢键）结合而成[1]，兼具有机聚合物和无机材料的优异性能。纳米技术的迅速发展，使其在细胞生物学领域的应用越来越广泛，为生物医药的研究和发展提供了新的技术和手段。1999年日本学者Katagiri K等[2]设计并合成出了一种新型的有机-无机纳米复合材料，该材料在水中通过溶胶-凝胶和自组装过程形成内部具有脂质双层结构和表面覆盖硅酸盐网络结构的球形粒子，是一种类脂质体囊泡，将其命名为Cerasome，又称硅质体。结构上的这一特点，使Cerasome具有很强的形态稳定性，并同时具有良好的水分散性和生物相容性，使其在基因工程、药物载体、生物医学等领域具有巨大的潜力和广阔的应用前景。

笔者以“硅质体”“Cerasome”“Cerasome+脂质体”为关键词查询1999年1月1日－2013年4月30日中国知网、PubMed数据库，对形成Cerasome的有机-无机复合脂质分子、Cerasome的制备及应用新进展进行了综述，并对Cerasome未来的研究及应用发展趋势进行了展望。

1 有机-无机复合脂质体Cerasome

脂质体是由脂质双分子层构成的内部为水相的封闭囊泡。自1964年Alec Bangham等发现脂质体以来，由于其易于在生物体内降解、无免疫原性、无毒性等特点备受人们关注。脂质体已广泛应用于药物载体、细胞生物学、基因工程、生物医学等各个领域。然而传统脂质体在形态上的不稳定性限制了其广泛应用。20世纪80年代开发出了稳定的肽脂质，肽脂质分子在水溶液中通过自组装形成脂质体，分子间酰胺键形成的氢键带大大提高了脂质体的稳定性。Katagiri K等[2]在肽脂质结构的基础上设计合成了一种带有三乙氧基硅烷头部的有机-无机复合脂质分子，该分子在水中通过溶胶-凝胶和自组装过程形成囊泡，在囊泡的表面覆盖了一层硅氧烷（Si-O-Si）网络，从而大大提高了其稳定性，并同时具有良好的水分散性和生物相容性。

1.1 形成Cerasome的有机-无机复合脂质分子

形成Cerasome的有机-无机复合脂质分子一般都含有硅氧烷基团的头部和双链烷烃的尾部，连接部分含有酰胺键。形成Cerasome的有机-无机复合脂质分子见图1。

图1 形成Cerasome的有机-无机复合脂质分子

1999年，Katagiri K等[2-3]首先设计合成了有机-无机复合脂质分子1（图1Ⅱ），并在酸性水溶液中用直接超声的方法成功制备了Cerasome囊泡；随后他们又合成了另一种含有季铵基团的有机-无机复合脂质分子2（图1Ⅲ）[3]，脂质分子2与脂质分子1不同，其本身就是一种两性分子，不需要水解硅氧烷形成硅烷醇。2003年Hashizume M等[4-5]合成出了有机-无机复合脂质分子3，随后他们又合成出了含双三乙氧基硅烷头部的有机-无机脂质分子4。这两种脂质分子形成的Cerasome形态稳定性试验表明，尽管双三乙氧基头部能提供更为充分的构成硅酸盐网络的基团，但是稳定性与单乙氧基头部形成的Cerasome相同。以上脂质分子形成的Cerasome的疏水尾部为双链烷烃，这样的结构使其具有较低的相变温度，在作为药物载体于体内运输过程中，容易导致药物的提前泄露，引发严重的毒副作用，使得药物在靶位点的疗效大大降低。为了进一步提高Cerasome的生物相容性，马艳[6]设计合成了含胆固醇的新型有机-无机复合脂质分子5（图1Ⅵ），该脂质分子是以胆固醇作为疏水尾部。以该分子制备的胆固醇Cerasome与传统脂质体相比，显示出非常高的稳定性，与烷烃Cerasome相比，显示出更好的生物相容性。

1.2 Cerasome的制备方法

Cerasome是有机-无机复合脂质分子通过溶胶-凝胶和自组装过程而形成的类脂质囊泡。由于Cerasome结构和脂质体类似，所以在制备方法上可以参照脂质体的制备方法。目前脂质体的制备方法很多，如薄膜水化法、超声波分散法、逆相蒸发法、冷冻干燥法、冻融法等。现在Cerasome的制备方法已见文献报道的有乙醇注入法、超声分散法、薄膜水化超声法等。

1.2.1 乙醇注入法。首先在高于Cerasome相变温度的条件下使有机-无机复合脂质分子头部三乙氧基基团在pH为3的酸性乙醇溶液中水解成硅醇基，然后于室温条件下边超声边将水解后的溶胶注入乙醇-水（1∶9，V/V）中，如图2所示[4]；注入后溶液温度保持于50℃，静置24 h。这种方法制备的Cerasome粒径在100～300 nm。但是由于有机-无机复合脂质分子2含有季铵结构，本身就是一种两性分子，在形成Cerasome时，不必在酸性乙醇溶液中水解，在任何pH条件下都可直接形成Cerasome，水解和缩聚过程是同时进行的[7-8]。

图2 乙醇溶胶注入法制备Cerasome示意图[4]

1.2.2 超声分散法[9-10]。将有机-无机复合脂质分子溶于盐酸水溶液中，然后用涡旋振荡器振荡，直至得到分散均一的乳液，即形成大小约为几百纳米的多室囊泡；在高于23℃（多室囊泡的相变温度是23℃）的条件下用探头式超声仪超声，为防止溶剂蒸发，控制悬液的温度低于70℃；滤膜过滤除去杂质，室温放置过夜以使Cerasome头部的乙氧基水解，脱水缩合形成Si-O-Si网络。

1.2.3 薄膜水化超声法[11-13]。将有机-无机复合脂质分子溶于三氯甲烷溶液中，超声使其充分溶解，缓慢旋转蒸发除去三氯甲烷；然后加入去离子水，置于55℃（高于相变温度）恒温水浴中水化30 min；再用探头超声仪超声，静置24 h即得Cerasome悬液。

2 Cerasome的应用

Cerasome作为一种新型的有机-无机复合脂质体，与传统的脂质体相比，具有很多优势：（1）Cerasome的结构形态与脂质体相似，且有良好的生物相容性，能装载亲水、疏水或者两亲性物质，具备作为基因和药物载体的特性。（2）Cerasome因表层的硅氧聚合网络而拥有远优于脂质体等其他药物载体的稳定性和水分散性。（3）Cerasome可通过调控聚硅烷表面的缩合度和空隙控制药物的体内外释放。（4）Cerasome表面的硅醇基团具有良好的化学活性，易于将各种靶向分子和一些生物分子（抗体）连接到表面，因而具有开发成靶向给药载体的优势和潜力。正是由于Cerasome以上诸多的优势，使其逐步应用于基因工程、药物运输、生物医学等领域。

2.1 Cerasome在基因工程中的应用

2006年，Matsui K等[10]将带正电的Cerasome囊泡作为基因载体用于核酸转染研究，虽然常规的阳离子脂质体在体外基因转染中有很高的效率，但是在体内它会被血清迅速清除，容易在肺组织内累积而产生很强的毒性。将Cerasome囊泡应用于基因的转染，效率高、毒性低，和血清也有很好的相容性。2007年他们又将Cerasome作为siRNA载体用于RNA干扰基因沉默中。相比于传统的脂质体，Cerasome作为载体与siRNA结合时，既不融合又不交联，发挥了很好的RNA干扰性能[14]。

2.2 Cerasome在药物运输系统中的应用

2010年，Cao Z等[11]将Cerasome作为抗癌药物的载体用于药物运输，制备了紫杉醇和盐酸多柔比星Cerasome，并对紫杉醇Cerasome的体外稳定性进行了系统的研究。与传统的脂质体相比，装载紫杉醇药物的Cerasome具有很高的化学和贮存稳定性，并且有很好的生物相容性和缓释特性。Cao Z等[12]采用薄膜水化超声法成功制备掺杂磷脂的紫杉醇的混合Cerasome，与传统脂质体相比确实有效减缓了药物的释放速率，并可通过调节磷脂的比例来控制药物释放速度。该试验结果为广大科研工作者提供了一种控制药物释放的新思路，为临床应用研究提供了前期的理论和试验基础。Jin YS等[15]对盐酸多柔比星Cerasome的体外稳定性研究表明其具有长期贮存稳定性及良好的控制释放性能。传统的药物载体本身无治疗作用，大量载体随着药物进入到了人体，增加了机体的负担。因此，研制本身具有治疗效果的“活性”载体具有重要意义。Ma Y等[16]设计合成了一种含胆固醇的复合脂质，并以此为原料制备了胆固醇Cerasome。研究发现，不携带任何药物时，这种Cerasome本身能选择性地杀死白血病细胞，而对正常血液细胞没有毒性；携带化疗药物多柔比星时，可显著增强多柔比星对白血病细胞的杀伤力。由于胆固醇Cerasome既能降低化疗药物的使用量，减少化疗引起的毒副作用，又能降低载体的使用量，减少机体的负担，因此在白血病治疗方面具有重要的应用前景，并为研制新型药物载体提供了新的理念。

2.3 Cerasome在医学诊断和治疗中的应用

Ma Y等[16]以胆固醇复合脂质为基础，制备了一种多功能Cerasome复合物，即金壳修饰的Cerasome复合物，同时装载了多柔比星以及Fe3O4磁性纳米粒子。这种复合物既具有磁共振成像、磁靶向的药物运输功能，又具有光引发的药物释放以及光热治疗等多种功能。这种多功能的纳米复合物药物运输系统，在肿瘤的联合治疗中具有广阔的应用前景。

Zha ZB等[17]以胆固醇复合脂质为原料，采用静电纺丝技术制备了一种新型的纳米纤维膜。研究发现，将识别白血病细胞的单克隆抗体固定在纤维膜上，此膜能选择性地捕获白血病细胞，在癌细胞的检测和治疗中具有重要的应用价值。

3 结语

Cerasome作为一种新型的有机-无机纳米杂化复合材料，随着纳米技术的发展，相信未来会设计合成出更多性能优越的有机-无机复合脂质分子。近年来对Cerasome的研究也越来越深入，也设计并制备出了一些具有特殊功能的Cerasome。但是Cerasome生物相容性的研究大多为体外试验，而体内试验比体外试验的影响因素更多、更复杂，因此还需要对Cerasome的体内生物相容性做系统的研究与分析，为Cerasome在生物医学领域的进一步应用奠定研究基础。Cerasome表面具有易于功能活化的硅醇基，在作为药物载体时，可根据受体细胞或组织的性质，在其表面连接相应的配体，进一步提高Cerasome靶向性。由于Cerasome的诸多优点，可以预见未来Cerasome将在材料学、细胞生物学、基因工程以及生物医药等领域得到广泛应用。

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