上海谊众的紫杉醇胶束2021年10月份在国内获批上市，是紫杉醇药物的创新剂型，用于晚期非小细胞肺癌（NSCLC）一线治疗适应症，是国内首个获批上市的注射用紫杉醇聚合物胶束。注射用紫杉醇胶束的出现标志着紫杉醇抗癌药向靶向治疗的新起点，同时也为广大患者提供了一个新的用药选择，接下来让我们共同学习揭开聚合物胶束神秘的“面纱”。
一：简介
聚合物胶束是由两亲性嵌段共聚物在水溶液中自发形成的微粒分散体系，两亲性嵌段共聚物（既同时具有亲水链和疏水链）。其亲水部分材料主要是聚乙二醇（PEG），疏水部分材料通常为聚乳酸、短链磷脂、聚己内酯等……同一种药物，其疏水部位不同进而会导致其和药物的结合力有所差异，前期研发之初，研发人员可根据所载药物的理化性质结合嵌段共聚物的特性筛选出合适嵌段共聚物的疏水链段。疏水链段可与亲水链段（PEG）构成各种二嵌段（AB）或三嵌段（ABA）两亲性共聚物，其分子量的大小可通过亲水链段和疏水链段的长度及其重复单元的摩尔比来进行控制，从而得到不同亲-疏水平衡值的嵌段共聚物。
聚合物胶束在医药行业常被用于改善水溶性差药物的溶解度，从而提高药物的生物利用度，其作为给药系统可提高药物的稳定性，降低毒性，同时在一定条件下又具有靶向性（例如：聚合物胶束用于包载抗肿瘤药时，一定粒径范围的聚合物胶束可根据肿瘤部位的异质性，通过EPR效应能靶向到肿瘤部位）。用来制备聚合物胶束的药物主要为难溶性的抗癌药：紫杉醇、多西他赛、多柔比星、顺铂、羟基喜树碱等……国外已上市的胶束制剂有韩国sangoma公司的Genealogy和Nanotube®-M，印度Refusenik Kabuki公司的Nanotube，印度sun pharma公司的PICN，俄罗斯miasma公司的Appeal/Clinical，雌二醇纳米胶束orchestra等。聚合物胶束的种类有很多种通常可根据作用部位与正常组织表达的异质性进而对载体材料的结构进行“特异化”设计制备具有不同响应机制的聚合物胶束，这种异质性通常表现为PH、酶、光、超声、氧化还原等……
图1.1:聚合物胶束在不同物理、化学刺激下，引发药物释放的示意图
二：聚合物胶束与药物的结合方式
聚合物胶束在形成过程中与药物结合的方式通常有物理包埋，化学结合和静电作用三种形式：
①物理包埋：就是通过简单的物理操作，难溶性药物就可被载入疏水性内核部位，该操作方法简单，适用范围广。
②化学结合：所载药物与嵌段共聚物疏水部位的活性基团共价结合，从而制备载药的聚合物胶束，该方法在应用上常被限制，因为要求嵌段共聚物必须有能够和所载药物反应的基团。
③静电结合：该结合方式需要求所载药物与聚合物胶束的疏水段带有相反的电荷，通过静电作用将药物牢牢载入胶束内核中，通过该结合方式所制备出的载药胶束有很好的稳定性。
综上可知药物与聚合物胶束结合的方式主要分为三种，研究人员可根据所载药物的理化性质，进而选择合适的两亲性嵌段共聚物或根据现有的嵌段共聚物针对性的选择想要包载的药物，嵌段共聚物和所载药物是一对“命运共同体”单独将其划分开研究的想法是不可取的。
三：聚合物胶束在医药方面的应用
①医学影像诊断中的应用：在临床医学诊断中临床医师需要借助造影剂来辅助诊断和监测某些病灶部位，然而造影剂在进一步提高医疗诊断水准的同时，其本身带来的缺陷也不容忽视，例如在诊断中成像性差和副作用反应剧烈，大部分病人会出现恶心、呕吐、潮红、发热及局部疼痛等副作用，将造影剂与聚合物胶束结合，制备出载有造影剂的聚合物胶束，供患者使用其临床效果得到了很大的改善。
图3.1：聚合物胶束负载金纳米颗粒在医学造影中的应用
②基因药物中的应用：众所周知，外源性核酸因缺乏选择性而产生特异性毒性。某些核酸本身就不稳定，低的细胞摄取率，容易被酶降解等限制了其在临床中的应用，研发人员将外源性的核酸与聚合物胶束结合，通过调节胶束的粒径以及修饰其表面性能可实现载有外源性核酸的聚合物胶束在血液循环过程中的长效性，并能到达靶向部位。
图3.2：聚合物胶束用于装载核酸药物的示意图
③抗肿瘤药物方面的应用：近年来，随着人们生活水平的不断提高，饮食结构不断变化等其它因素，癌症的发病率也在逐年上升，已经成为全世界死亡的主要原因之一。全球知名杂质CA在2018年发布的全球癌症统计报告中覆盖了185个国家，36种癌症的发病率和死亡率，统计报告结果显示中国癌症患者的数量和死亡率均为全球第一。癌症的治疗方法仍然是世界医学界的一个难题，手术切除，放射治疗和化学治疗目前仍是癌症的主要治疗方法。单独或者联合的治疗方法均可在一定程度上使肿瘤细胞的生长速度受到抑制，但同时又会对人体的正常细胞，组织和器官产生副作用。其带来的副作用对于临床医务工作者本身也是一个棘手的问题，大多数抗肿瘤药在水中的溶解度并不好。例如抗癌明星药紫杉醇，研发工作者采用吐温80和一定量乙醇来改善紫杉醇的难溶性问题，在改善药物难溶性的同时，所选辅料吐温80带来的致敏性导致临床用药前需做抗过敏预处理在很大程度上加大了癌症患者服药的顺应性。聚合物胶束的出现成功解决了上述问题，韩国经过前期大量研究将人为合成的聚乙二醇2000-聚丙交酯通过物理包埋法成功的将紫杉醇包载到聚合物胶束中，由于其自身辅料及该剂型本身的特殊性，紫杉醇胶束在临床应用中取得了不错的疗效，其客观缓解率（ORR）显著提高，无进展生存期（PFS）显著延长。在国内上海谊众药业股份有限公司也成功拿下生产批件，成功拉开了国内首例聚合物胶束运用到抗肿瘤药方面的序幕。与此同时国内各个药企相继效仿，打响了聚合物胶束之战。
图3.3：PH型敏感胶束用于包载抗癌药DOX示意图
四：聚合物胶束的载药方法
聚合物胶束的制备方法众多，药物通常以物理包埋的方式载入其中。实验室常用的制备方法有薄膜分散法、透析法、溶剂挥发法等……
①薄膜分散法：该制备方法相对来说比较简单可行，就是将嵌段共聚物和所载药物溶于合适的有机溶剂中，在一定温度下将其内的有机溶剂通过旋转式蒸发仪去除掉使其形成一层“薄膜”，随后将其在一定的水温下利用嵌段共聚物本身的特殊结构性质重新分散到水中去，该过程通常称为水化，通过上述步骤就可以制备载药胶束。
②透析法：透析法是将两亲性的嵌段共聚物和被载药物共同溶于和水互溶的有机溶剂中，溶解之后将其装入合适截留分子量的透析袋中，用水透析取代溶有聚合物和被载药物的有机溶剂，透析法制备过程简单，易于操作，但其制备时间较长且透析过程中产生大量的废水，因此该方法只应用于实验室的制备，难以产业化生产。
③溶剂挥发法：溶剂挥发法严格意义上来说有两种：一种为乳化溶剂挥发法，一种为自组装溶剂挥发法。乳化溶剂挥发法通常将嵌段共聚物和被载药物共同溶解在与水不相溶且易挥发的有机溶剂中通常为二氯甲烷等……将有机溶剂加入到水性介质中混合乳化，形成水包油（O/W）型乳剂，在乳化的过程中重新分散排列形成载药胶束。乳化溶剂挥发法是将嵌段共聚物和被载药物共同溶于易挥发的有机溶剂中，例如丙酮等……将其逐滴加入到水性介质中从而形成载药胶束。
载药胶束的的制备方法有很多，研发工作者可根据所载药物性质及所选嵌段共聚物的一些性质选择合适的制备方法，上述所提到的溶剂挥发法和透析法实验室阶段运用比较多，工艺放大转移在实际生产中仍有诸多问题需要解决。薄膜分散法工艺过程较为简单且已有产业化生产的案例。现针对薄膜分散法制备载药胶束时从小试的研发阶段到产业化放大生产中所要注意的问题及关键工艺风险点在这里和大家分享共同学习一下。
图4.1：薄膜分散法制备胶束的工艺流程图
对于载体类纳米药物，载药量和包封率是小试研发阶段需要重点关注的质量属性。包封率和载药量与纳米药物处方组成和制备工艺等密切相关，载药量与药物和载体的相互作用有关，载药量过低可能导致辅料使用量过多、纳米粒浓度增加或注射体积变大等，使得临床应用受限，且成本和安全性风险也相对增加。包封率过低的话会对放大生产过滤除菌这步带来风险（一般要求包封率需满足98％以上），所以针对于载体纳米药物实验室研发阶段载药量和包封率是需要重点关注的两个关键质量属性。对于载体纳米药物，载体材料关系到活性成分的包载、保护以及最终产品的体内外性能，应明确载体类材料的规格、纯度、分子量和分子量分布范围等，并通过处方工艺和质量控制研究等证明载体材料选择的合理性。目前可用作制备胶束的嵌段共聚物有很多，但能成功运用到产业化生产的聚合物载体材料制备胶束却很少，目前上市的注射用紫杉醇胶束所用载体为甲氧基聚乙二醇2000-聚丙交酯两嵌段共聚物（52:48）现针对此载体用薄膜分散法制备胶束时所要注意的事项及关键风险点做简要的探讨。目前该载体主要涉及肿瘤药方面的运用，大多数抗肿瘤药是难溶于水的，在工艺流程图中的第一步需要找到合适的共溶剂将其溶解，作为一名科研工作者要在整个研发过程中时刻保持着全局观念，在保证药品质量合格的前提下一切以产业化为中心，考虑到后续车间放大生产，安全及可操作性的同时供研发人员选择的共溶剂是非常局限的，可供选择的有机溶剂常用有乙醇和乙腈，有机溶剂总体筛选原则为在保证能够将嵌段共聚物和被载药物很好溶解的前提下还要低毒，安全，沸点低，易于旋蒸去除。在旋蒸除去有机溶剂时旋蒸温度也很关键，旋转式蒸发仪在能保证真空度的前提下，结合原料药和载体理化性质合适的旋蒸温度和时间能够将有机溶剂很快的除去并且残留量在合理的范围内。有机溶剂除去后会得到药物和聚合物均匀的混合物类似于“果冻”样流动的黏稠液体，此时将其均匀的摊平在圆底烧瓶内壁，有助于后续旋转水化的效率。水化这步在整个载药胶束制备过程中有着举足轻重的位置，两亲性聚合物和药物形成载药胶束就是在这个过程，直接决定了实验成与败的走向，水化时水化温度和时间相对来说是比较关键的工艺参数，此步骤容易导致药物析出也就是我们常说的漏药，水化的温度和时间要结合原料药的理化性质和嵌段共聚物的玻璃化转变温度来定，甲氧基聚乙二醇2000-聚丙交酯两嵌段共聚物（52:48）常用的水化温度在50℃左右，总体一个原则就是尽可能的在较短的时间内将药膜水化下来。水化成功后向胶束水溶液加入冻干保护剂，待冻干保护剂溶解完后过滤，灌装。
五：展望
上海谊众注射用紫杉醇胶束的成功上市打开了聚合物胶束在抗肿瘤药方面运用的市场，想必未来聚合物胶束运用到临床方面会有更多的药企加入进来平分这份“蛋糕”。然而，一个新剂型的出现，有其优势之处，必会有不足之处。众所周知，癌细胞与正常细胞相比其所处的内外环境有所不同。如物理化学性能、新血管系统及PH等。由于肿瘤组织中血管内皮细胞间隙较大，粒径在100nm以下的粒子很容易渗入而滞留在肿瘤组织中。EPR效应（enhanced permeability and retention effect）即实体瘤的高通透和滞留效应，指的是相对于正常组织，某些尺寸的分子或颗粒更趋向于聚集在肿瘤组织部位的性质。人体血液系统环境是比较复杂的，当载有抗癌药的聚合物胶束采用静脉滴注的方式到血液中，面对血液稀释及产生的剪切力，聚合物胶束是否能够抵挡住人体复杂环境的重重“攻击”到达肿瘤部位呢？前面有所提及，聚合物胶束靶向性的实现是需要聚合物胶束能够在血液系统中能够长循环为前提才能够实现的。单纯的依靠被动靶向到达肿瘤部位，这就对嵌段共聚物提出了严峻的考验，需要求聚合物胶束具有较小的CMC（critical micelle concentration），从而实现在体内的长循环进而实现被动靶向。然而事实上聚合物胶束在面临血液系统的复杂环境被动靶向是很难实现的。纵观以上分析想要做出有市场竞争性的产品，想要聚合物胶束在抗肿瘤方面运用有一定的市场份额，嵌段共聚物的创新是其必然趋势。深刻分析肿瘤部位的异质性，需设计合成与肿瘤部位相契合活性基团的嵌段共聚物，考虑到血液循环时还应给足它高渗透，高滞留的时间，保证它被动靶向同时，在加上其材料上活性基团所带来的主动靶向，有可能会在临床应用中产生意向不到的效果。聚合物胶束运用到抗肿瘤药方面本应在嵌段共聚物上大作文章，而不是只停留在辅料带来的减毒方面来回踱步。
六：总结
本文的开头为大家简单的介绍了聚合物胶束的基本概念，后续又给大家介绍了聚合物胶束的载药方式及聚合物胶束在临床中的运用，目的是让大家对聚合物胶束有更加深层次的了解。其次分享了聚合物胶束的制备方法-薄膜分散法的关键工艺风险点，最后谈了一下自己对于聚合物胶束未来发展方向的看法和期许。由于本人写作水平有限，有理解不到位的地方还望及时与作者联系，谢谢大家!
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