一出手就是2篇Nature Nanotechnology！这位生物材料大牛了解下

文章来源：北科新材浏览次数：3287时间：2021-03-31 QQ学术交流群：1092348845

感染是造成全球疾病负担的主要因素。高死亡率与下呼吸道感染、腹泻、肺结核、人体免疫缺陷病毒感染和疟疾等疾病相关。发展中国家的死亡率最高，这些地区的疫苗和抗感染药等资源可能有限。此外，传染性疾病（infectious diseases，IDs）的临床试验也落后，因此迫切需要确定能够更好地治疗传染性疾病的实用且有效的策略。

图|传染性疾病的全球负担

要有效地管理传染性疾病，必须克服许多挑战。例如，缺乏安全有效的药物、不良的采购做法，无法支付药品费用以及药品在高温和高湿度下的稳定性差，要克服这些挑战，就必须在科学和政策层面上作出协调一致的努力。
纳米技术具有改变多种疾病检测和治疗的潜力。在过去的几十年中，纳米系统一直是深入研究的主题，从而产生了FDA批准的化学治疗剂、麻醉剂、显像剂、营养补剂等。毫不奇怪，纳米技术已被广泛评估以改善ID的治疗。
成果简介鉴于此，麻省理工学院Giovanni Traverso等人（其中Robert Langer院士为作者之一）在Nature Nanotechnology上探讨了纳米技术为IDs治疗提供的机会，并讨论了该领域的临床前和临床进展，重点是HIV，TB和疟疾。此外，研究人员还认识到纳米技术正被成功地应用于SARS-CoV-2 mRNA和蛋白疫苗中。最后，他们讨论了将这些技术从实验室应用于临床的挑战。

纳米技术治疗传染性疾病安全有效的药物的可获得性和正确使用是治疗IDs的必要条件。基于纳米技术的方法已成为临床前强化评估的主题，以提高ID药物的治疗指数并简化其使用。研究人员重点介绍有希望的临床前研究，并讨论对其临床转化的挑战。
抗传染药物的持续全身给药多个传染病的给药涉及长期治疗，这给患者和医疗保健系统带来了沉重负担。例如HIV和结核病，这导致会降低患者的依从性，最终导致治疗失败。因此，开发降低剂量频率并简化剂量方案的系统引起广泛兴趣。
目前，科学家一直在积极地寻求能够持续输送药物的可注射纳米载体。广义上讲，这些系统可分为两类：通过赋形剂（例如聚合物或脂质）控制药物释放的系统，以及依靠难溶性药物晶体在组织液中缓慢溶解的系统。
相当多的研究集中在聚酯基、脂质体药物递送系统上，聚合物和脂质体制剂的缺点是它们需要大量的辅料来控制药物释放。这增加了注射的体积，并限制了药物的剂量。缓释系统的一个重要考虑因素是长期暴露于亚治疗浓度下的可能性，这可能导致耐药性。

图|用于持续性局部和全身给药的纳米载体

局部给药由于上皮表面是病原体进入和驻留的常见部位，因此向这些表面的区域性药物递送具有广阔的前景。与全身给药相比，向感染部位的局部递送可能会增加靶标（并靶标外最小化）药物的暴露。目前研究的涉及有：设法快速穿过粘膜的阴道局部给药系统，肺部递送治疗呼吸感染疾病，还有外用局部治疗伤口感染。

靶向输送到感染部位在设计能够将药物靶向地递送到感染部位的系统上引起广泛的研究兴趣。这是由于药物对感染组织的渗透率低（例如，抗逆转录病毒药物对脑和淋巴结的渗透率低以及抗结核药物对空洞病变的渗透率低），药物进入毒性部位的分布以及共生微生物的杀灭引起的。纳米载体中的包封提供了实现药物靶向的可能性，但仍有很大的改进空间。与未感染的组织相比，由于在感染部位纳米载体的通透性增强，因此出现了更好的靶向聚集。纳米载体表面也可以用与感染组织或微生物结合的配体功能化。后一种策略被称为主动靶向或配体介导的靶向。因此，不依赖于特定配体的策略被称为被动靶向。

图|用于靶向药物递送的纳米载体

克服对抗感染药的抗药性克服耐药性是治疗IDs的一个关键和日益增长的障碍。耐药性是由于药物灭活酶的分泌和或病原体转变为代谢活性降低的状态、形成生物膜、采用细胞内生命周期或是专性细胞内病原体引起的。
药物在宿主细胞膜上扩散不良，通过药物转运蛋白主动外排，可降低抗细胞内病原体的活性。另一个复杂性是，药物分子和病原体在宿主细胞内分布不均，在没有共定位的情况下，疗效则受到影响。例如，氨基糖苷在溶酶体中大量积累，对胞浆病原体可能无效。因此，增强药物细胞内积累和靶向亚细胞位置的策略可能会提高抗感染药的功效。

图|纳米载体克服耐药性

先进的临床前和临床纳米技术下面，研究人员将重点介绍最先进的纳米技术在艾滋病感染、结核病和疟疾方面的应用。读者将了解到，纳米技术已经在临床和大型动物中得到了最积极的研究，用于治疗和预防艾滋病毒感染。相比之下，对于疟疾和结核病，人们对纳米技术的追求却不那么热情。对于这些IDs，工作主要局限于啮齿动物的临床前试验。研究人员还希望传达的是，最先进的纳米技术并是不复杂的，但一定具有很强的影响力。因此，也许为了让纳米技术造福于患者，它需要满足某些原则，例如设计简单、临床需要和经济热情。
艾滋病艾滋病毒感染是导致全球高发病率和高死亡率的主要ID之一。长效注射抗逆转录病毒药物是HIV治疗中临床上最先进的纳米技术。长效可注射纳米颗粒降低了给药频率，可以改善患者依从性。这被广泛认为是突破性的干预措施。此外，口服抗逆转录病毒纳米颗粒已开发用于儿科，旨在替代片剂（难以吞咽）和含酒精溶液（包含有害赋形剂）。

图|艾滋病毒的生命周期

疟疾由疟原虫属的单细胞复杂原生动物引起的疟疾是世界上最流行的寄生虫病。尽管有超过30亿人处于感染风险中，但全球疟疾应对工作的资金自2010年以来一直处于停滞不前的状态，2017年仅达到31亿美元。作为投资的一部分，必须考虑短期和长期的疟疾解决方案，例如使用纳米技术进行治疗和疫苗接种。考虑到治疗疟疾的目标产品价格为每天1美元，开发新方法的关键考虑因素是其成本效益。

图|疟疾在两个宿主的生命周期

结核病结核病每天夺走3500多人的生命，是世界上ID的顶级杀手。根据世界卫生组织（WHO）的数据，2017年有1000万人患有结核病，全球经济负担每年达120亿美元。此外，结核分枝杆菌是全球抗菌素耐药性危机中最关键的病原体。
世卫组织指南建议每天口服四种抗生素的口服药物治疗至少6个月的药物敏感性结核病。由于长期和频繁的给药以及副作用，患者发现难以坚持这些治疗方案，并且有发展为耐药菌株的风险。因此，重新配制纳米载体中的现有药物是对结核病治疗产生直接影响的一种有吸引力的方法。已经使用现有的结核病药物设计了几种基于口服纳米技术的系统，并在动物模型中进行了测试。另外，可吸入性结核药物的纳米载体一直是研究的重点。目前，没有有效的疫苗可以全面预防结核病感染。研究人员正在尝试改进现有的BCG疫苗并衍生出新的疫苗来预防TB。

图|结核感染的发病机理

总结与展望上文突出了开发纳米药物来治疗和预防ID的许多有前途的治疗策略。然而，为了发挥最大的影响，纳米技术解决方案将需要克服一些经济成本、制造和监管方面的挑战。1）首先，降低成本将是开发新药物和基于纳米技术的系统的主要障碍。目前批准的一种纳米系统（一种两性霉素B脂质体制剂）在发展中国家并不具有成本效益。2）其次，某些纳米颗粒的合成和储存条件可能不利于资源贫乏国家的条件。3）第三，在临床试验阶段，监管机构内部和之间的区域和国家差异，特别是进行多中心国际试验时，将是一个挑战。4）最后，还需要解决这些纳米系统的患者可接受性。
在新冠疫情中，纳米技术产生了重大的影响，这提供了广阔的前景。同样，纳米技术类似的壮举在治疗其他传染病中也是可能的。

值得注意的是，该课题组近日还在Nature Nanotechnology上发表了另一篇研究论文，他们报告了机器学习与高通量实验的集成，从而能够快速，大规模地识别此类纳米制剂。研究人员从210万对中鉴定出100个自组装药物纳米颗粒，其中每个纳米颗粒包括788种候选药物之一和2686种批准的赋形剂之一。

简介：

Giovanni Traverso是麻省理工学院（MIT）机械工程系的助理教授，也是哈佛医学院布莱根妇女医院胃肠病科的胃肠病学家。Traverso博士的先前工作专注于开发用于早期发现结肠癌的新型分子检测方法。在博士后研究期间，他在麻省理工学院的Robert Langer教授的实验室中过渡到化学和生物医学工程领域，在那里他开发了一系列新颖的技术，用于通过胃肠道进行药物输送和生理传感。

他目前的研究计划专注于开发下一代药物输送系统，以实现安全有效地输送治疗药物，并开发新颖的可摄入电子设备，以感应广泛的生理和病理生理参数。此外，Traverso博士继续致力于开发能够早期发现癌症的新型诊断测试。

参考文献：1. Kirtane, A.R., Verma, M., Karandikar, P. et al. Nanotechnology approaches for global infectious diseases. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00866-82. Reker, D., Rybakova, Y., Kirtane, A.R. et al. Computationally guided high-throughput design of self-assembling drug nanoparticles. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00870-y

下一篇：冉冉升起的 2D 之星：新颖的 MBenes 上一篇：西安交通大学郭保林《ACS Nano》: 双