纳米药物7、纳米基因药物

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1、第7章纳米基因药物7.1概述自20世纪70年代DNA重组技术诞生以来，以重组DNA技术为核心的现代生物技术产业蓬勃发展。1976年，世界上第一家应用生物技术开发新药的公司（Gentech公司）建立，开创了现代生物技术产业发展的新纪元。1982年美国Lilly公司首先将重组胰岛素投放市场，标志世界第一个基因工程药物的诞生。接着，美、日、英、瑞士等国先后批准了10余种基因工程药品上市。例如，EPO、G-CSF、tPA等，在治疗肿瘤等一系列疾病上取得明显的疗效。此后，以基因工程药物为主的各种基因工程产品和细胞工程产品层出不穷，并陆续商品化。基因工程药物因其疗效好，副作用小，应用范围广泛而成为

2、各国政府和企业投资开发的热点领域，大量的基因工程药品连续问世，年产值达数十亿美元。基因工程药物是将目的基因用DNA重组的方法连接在载体上，然后将载体导入靶细胞（微生物、动物细胞或人体组织靶细胞），使目的基因在靶细胞中得以表达，最后将表达的目的蛋白质提纯及做成制剂，从而成为蛋白质药物或疫苗。这就称为基因工程药物。现有或正在开发中的基因工程药物大致有以下几类：单克隆抗体、疫苗、基因治疗药物、干扰素、白介素、生长因子、重组可溶性受体、反义药物、人生长技术、组织纤溶酶原激活剂、凝血因子、集落刺激因子、促红细胞生成素及超氧化物歧化酶（SOD）等，若目的基因直接在人体组织靶细胞中表达，就成为基因治

3、疗（Genetherapy）。广义基因治疗是指利用基因药物的治疗。通常所说的基因治疗，即狭义基因治疗，是指用完整的基因进行基因替代治疗，一般用DNA序列。主要的治疗途径是体外（exvivo）基因治疗，即在体外用基因转染病人靶细胞，然后将经转染的靶细胞输入病人体内。自1990年较成功地进行了腺苷脱氨酶（ADA）缺乏引起的免疫缺陷病的人体基因治疗至今，大部分基因治疗临床试验都是体外基因治疗，即先从病人体内获得某种细胞（例如T淋巴细胞），进行培养，在体外完成基因转移后，筛选成功转移的细胞扩增培养，然后重新输入患者体内。这种方法操作复杂，但效果较为可靠。此外，基因治疗也可以用基因药物进行直接体

4、内治疗，所用的基因药物可以是完整基因或基因片段（包括DNA或RNA）；治疗途径可以是替代治疗或抑制性治疗。例如，1994年美国科学家利用经过修饰的腺病毒为载体，成功地将治疗遗传性囊性纤维化病的正常基因cfdr40转入患者肺组织中。这种直接往人体组织细胞中转移基因的治病方法叫做体内（invivo）基因治疗。在基因治疗过程中，外源基因及其构建体多为纳米尺度的DNA分子，因此这种转基因方式大多涉及纳米技术。另外外源基因只有整合到细胞染色体中，变为其中一部分才有可能得到持续的高表达。由于人体内只有少数几种细胞或组织可接收直接导入的裸露DNA，而其它细胞或组织对此法有抗性。因此，采用什么样的手段

5、将精心挑选的功能基因有效地转移到人体内，穿过细胞膜，进入细胞核与染色体整合，这是关系到基因治疗成败的关键。经过近二十年的努力，各种帮助外源性基因进行转移的方法相继问世。这些方法包含物理学、化学和生物学方法。物理方法主要有电穿透法、显微注射法、基因枪法和碳化硅纤维介导法等；化学方法主要包括磷酸钙沉淀法、DEAE葡聚糖介导法、聚乙二醇介导法和脂质体介导法等；生物学方法主要包括以病毒（如腺病毒、逆转录病毒、腺相关病毒和疱疹病毒等）为载体进行基因转移，以及农杆菌介导法等；生物物理方法主要有电击法和胚胎干细胞法等。在前述的各种转导方法中，除了电穿透法、显微注射法、基因枪法和碳化硅纤维介导法等物理

6、方法，其他各种转导技术都是利用纳米级载体携带外源基因进入受体细胞，因此属于典型的纳米操作范畴。随着基因治疗研究的不断深入，尤其是伴随着基因治疗临床实验的广泛开展，人们已认识到理想的基因载体应当具备如下特点：①靶向特异性，且不被免疫系统识别；②有利于基因高效转移和长期表达；③高度稳定，容易制备，可浓缩和纯化；④无毒副作用，可生物降解，对病人和环境安全无害。目前应用于基因治疗的载体主要有病毒载体（viralvector）和非病毒载体（non-viralvector）两种。基于本书为“纳米药物”，故本章重点阐述与纳米技术关系密切的非病毒载体。非病毒纳米基因载体的研究在近几年愈来愈受到人们的重

7、视。到目前为止，研究者们已设计了多种类型且各有特点的非病毒纳米基因载体，主要包括脂质体（liposomevector）和阳离子聚合物（cationicpolymervector），如壳聚糖、多聚赖氨酸、树状大分子等。非病毒纳米基因载体的本质是将基因治疗中的基因看作药物，然后从药剂学和生物药剂学的角度来考虑如何把基因导入靶细胞或组织、器官并进行表达。由于常用的DNA为超螺旋或开环结构，空间体积太大，并且不能有效主动地进入细胞，因此必须进行压缩（c