脂质体的设计,第一点涉及作为脂质体主要成分的磷脂的选择。不同的磷脂,单独使用或以各种组合使用,或与胆固醇结合使用,在脂质体的制备中是常见的。磷脂因碳氢化合物的长度以及不饱和键的数量不同而有所差异。这些特征影响脂质体的尺寸、外部电荷和聚分散指数,脂质体膜的相变温度以及其在活性药物封装和释放中的渗透性。用于制备本文所报道的肽靶向脂质体药物的最常用的磷脂是HSPC、DOPC、DSPC、PC、DSPE。它们都包含两个饱和或非饱和的十八碳烷基链。在大多数制备中,胆固醇被添加以促进膜的稳定性和/或获得脂质双层的流化效果。
脂质体设计的第二点与引入靶向肽的化学策略有关,以及保证脂质体药物具有高靶向性的所需肽量。已经建立了两种合成策略来用靶向肽序列修饰脂质体表面。这两种方法的主要目标都是实现高偶联效率,使生物活性肽远离脂质体表面,并处于正确的特定构象,以便与目标受体结合。这两种方法的主要区别在于在聚集体表面引入生物活性肽的方法。
根据预制剂方法,两亲性肽应在脂质体制备过程中直接引入,而如果采用后制剂策略,则应将肽与预先形成的脂质体的修饰表面结合。在第一种方法,即预制剂方法中,高纯度的两亲性肽与适当的溶剂混合,并以选定的比例与其他两亲性分子和磷脂混合;然后通过蒸发溶剂或使用挤出程序获得脂质体。其优点是:聚集物中存在明确数量的生物活性分子,且不存在杂质。缺点是生物活性肽同时存在于脂质体的外部表面和内部腔室中。 第二种方法基于脂质体制剂后的修饰:后制剂方法。脂质体制备后的肽偶联涉及在预先形成的脂质体的外部引入合适的官能团,以允许肽通过共价或非共价键结合。为保证靶向配体的正确方向,生物正交和位点特异性表面反应是必要的。常用的官能团包括:a) 胺用于(胺-)N-羟基琥珀酰胺偶联法,(b) 马来酰亚胺用于迈克尔加成,(c) 叠氮化物用于Cu(I)催化的胡伊斯根环加成(CuAAC),(d) 生物素用于与亲和素的非共价相互作用,(e) 三膦用于Staudinger ligation连接,最近还有(f) 羟胺用于形成肟键。应适时选择采用的合成策略,以提高偶联反应的重现性和产率。
关于肽的量,通常相对于磷脂以摩尔比3-5%的量应该足以赋予脂质体递送系统良好的靶向特性。然而,如果按照预制剂策略制备肽靶向的脂质体,应考虑到添加的双肽两亲分子中有一半在靶向方面无效,因为活性肽序列是朝向脂质体内水腔室的。
上述大多数经审查的肽靶向脂质体是通过使用根据固相肽合成方案合成的肽两亲体衍生物,或者在溶液中进行硫醇-马来酰亚胺反应获得的。
另一个点涉及脂质体上聚乙二醇(PEG)涂层的引入,以及选择合适的连接子或其他策略,以使 PEG 隐形脂质体也能暴露肽。PEG化通过允许脂质体逃避免疫检测来延长其在血液中的循环时间。此外,PEG的存在通过改变脂质体表面的物理化学特性(如表面电荷和水合作用)来抑制脂质体的聚集和非特异性相互作用。PEG 部分还为血清蛋白创造了物理屏障,防止它们吸附到脂质体表面并随后被早期清除。PEG是通过向脂质体配方中添加 PEG 修饰的表面活性剂(如 DSPE-PEG)或其他两亲性 PEG 衍生物来创建的,分子量在 350 至 3500 道尔顿之间,并带有类似于脂质体磷脂成分上存在的疏水部分。PEG 的长度和密度在脂质体设计中都是重要的参数:在脂质体覆盖率方面,从而在获得具有延长体内循环时间的隐形脂质体方面,最佳结果是通过使用5%至9%的分子量为1500 和2000 的 PEG 链来实现的。在这些情况下,PEG 聚合物形成了一个类似蘑菇的多层光滑球形结构,从而实现了脂质体的完全涂层。相应地,多西拉赛是通过使用 5%的 DSPE-Peg2000 制备的。
显然,PEG的存在可能会干扰有效的肽靶向脂质体药物的开发。PEG可能会掩盖靶向肽,抑制其靶向功能。为了克服这个问题,可以采用不同的策略。
该肽可以连接到聚乙二醇链的远端。原则上,这种方法应该有利于形成良好的肽暴露,但不能保证完全披露,因为正如经常观察到的那样,高度移动的 PEG 链可能会自行缠绕,使生物活性肽序列远离外部环境。
根据另一种方法,通过使用非常长的连接子将生物活性肽与脂质体表面隔开,这些连接子应将活性序列带到聚乙二醇层之外;然而,所使用的间隔物通常基于聚氧亚烷基,这是非常灵活的分子,也可能采取类似于聚乙二醇链的球形结构,再次掩盖了聚乙二醇冠层内的肽。
出于所有这些原因,在设计和开发脂质体时,应证明生物活性肽的正确暴露情况。可以使用不同的光谱学方法;例如,色氨酸残基的UV-可见吸收光谱可能会受到环境极性的影响,因此可以确定生物活性序列中的色氨酸残基是面向疏水脂质体膜的,还是面向外部水环境的。如果肽序列中没有色氨酸残基,添加一种顺磁性探针,如亚硝基,通过EPR测量可以清楚地指示肽的暴露情况。
关于肽靶向脂质体设计的最后一点涉及对脂质体载体的标记可能性,从而提供一种肽靶向的诊疗一体化药物。荧光探针常被使用:它们能够研究脂质体载体的体外和体内靶向特性。通常使用少量与类似磷脂中疏水部分的疏水基团相连的荧光探针。这样脂质体结构不会被改变,且荧光发射足以监测完整脂质体的受体结合特性。在其他情况下,能够与放射性金属离子形成配合物的螯合剂也被使用。DOTA 或 DTPA 螯合剂经过疏水基团修饰后用于脂质体配方中,要么像荧光探针那样少量使用,要么作为脂质体的主要成分替代磷脂。在脂质体制备完成后,以及最终药物封装完成后,肽靶向脂质体用伽马或正电子发射金属离子进行标记,其体内命运和生物分布分别通过伽马闪烁显像或正电子发射断层扫描进行追踪。
最后但同样重要的是,在脂质体设计过程中应考虑药物负载程序。药物负载方法本质上与药物特性有关,似乎不受生物活性肽在外部脂质体表面的存在的影响。因此,在大多数情况下,对于选定的药物,用于非靶向脂质体封装相同程序可用于肽靶向脂质体的药物负载。例如,基于铵梯度的阿霉素封装方法已成功应用于脂质体阿霉素(Doxil/Caelix)的制备以及几种肽靶向脂质体阿霉素的获得。