前言：

靶向藥物遞送系統(tǒng)（Targeted Drug Delivery Systems, TDDS）指的是通過物理、化學(xué)或生物學(xué)手段，將藥物特異性導(dǎo)向靶組織、靶細(xì)胞甚至胞內(nèi)特定細(xì)胞器的技術(shù)策略。根據(jù)作用機(jī)制的不同，可分為被動靶向（Passive Targeting）與主動靶向（Active Targeting）。被動靶向主要依賴于病理組織的結(jié)構(gòu)或功能異常，如腫瘤血管系統(tǒng)的異常通透性；主動靶向則通過藥物載體表面的配體與靶組織表面受體特異結(jié)合，實現(xiàn)高親和力和選擇性的定位。此外，根據(jù)靶點的不同，靶向策略可以細(xì)分為受體介導(dǎo)靶向、酶響應(yīng)型靶向、以及對腫瘤/病灶微環(huán)境具有響應(yīng)性的“微環(huán)境靶向”。

靶點的選擇是靶向遞藥系統(tǒng)設(shè)計的首要前提。靶向策略通常基于病理組織中特異性表達(dá)或過表達(dá)的生物標(biāo)志物（biomarkers），通過靶向配體與其結(jié)合實現(xiàn)選擇性遞送。

• 腫瘤相關(guān)靶點：腫瘤細(xì)胞通常會高表達(dá)某些受體或抗原，如CD47（整合素相關(guān)蛋白（IAP）、HER2（人表皮生長因子受體2）、EGFR（表皮生長因子受體）、整合素αvβ3等。利用這些靶點設(shè)計的配體，如抗HER2單抗（如曲妥珠單抗）、RGD肽（識別整合素），可以顯著增強(qiáng)納米載體對腫瘤細(xì)胞的親和性，實現(xiàn)主動靶向（圖1）

圖1. 腫瘤微環(huán)境中的遞送途徑和靶點[1]

• 中樞神經(jīng)系統(tǒng)靶點：針對腦部疾病的靶向遞藥需要跨越血腦屏障（BBB）。常見策略包括利用轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TfR）、低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白1（LRP1）等介導(dǎo)轉(zhuǎn)運的分子，設(shè)計相應(yīng)配體（如Tf、Angiopep-2）促進(jìn)藥物穿越BBB。

理想的靶向遞送系統(tǒng)應(yīng)具備良好的生物相容性、可控釋放性、靶向性及組織穿透能力。目前廣泛應(yīng)用的載體系統(tǒng)主要包括以下幾類：納米粒子（NPs）、脂質(zhì)體（Liposomes）、聚合物膠束（Polymeric Micelles）、蛋白質(zhì)/多肽類載體、外泌體（Exosomes）。

現(xiàn)代靶向系統(tǒng)往往結(jié)合疾病微環(huán)境特征，實現(xiàn)“智能”響應(yīng)釋放，提高靶點激活的空間與時間特異性。主要分為以下幾類：pH響應(yīng)系統(tǒng)、氧化還原響應(yīng)系統(tǒng)、酶解響應(yīng)系統(tǒng)。

同時，為增強(qiáng)靶向藥物遞送系統(tǒng)的特異性識別能力與整體穩(wěn)定性，研究人員常通過化學(xué)或物理方式對載體表面進(jìn)行功能化修飾，引入具有靶向識別能力的配體，實現(xiàn)對特定細(xì)胞或微環(huán)境的精準(zhǔn)結(jié)合與富集[2]。常用的靶向配體類型包括：抗體類（如Trastuzumab單克隆抗體、Fab抗體片段）、肽類（如RGD、Angiopep-2、TAT肽）、糖類、小分子配體、核酸適配體（如AS1411 aptamer，靶向Nucleolin（核仁素）。

在修飾策略方面，常見的方法包括共價偶聯(lián)（如點擊化學(xué)、EDC/NHS反應(yīng)），可實現(xiàn)穩(wěn)定持久的配體連接；非共價吸附（如靜電吸附、疏水作用），便于快速構(gòu)建與后期修飾；以及基于生物素-親和素系統(tǒng)的可逆連接方式，具備高親和力、可控裝載及功能模塊切換等優(yōu)勢，為靶向載體的智能化與多功能化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

1.靶向藥物遞送的關(guān)鍵實驗技術(shù)體系

靶向藥物遞送系統(tǒng)的研發(fā)和驗證依賴于一系列高度集成的實驗技術(shù)體系，涵蓋從納米載體構(gòu)建、體外模擬模型建立，到體內(nèi)成像分析及藥效安全性評估等多個環(huán)節(jié)。這些技術(shù)不僅決定了遞送系統(tǒng)的功能性與穩(wěn)定性，也對其機(jī)制闡釋與臨床轉(zhuǎn)化價值起著至關(guān)重要的作用。

其中常見技術(shù)手段包括：電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）、載體構(gòu)建與表征技術(shù)、紫外-可見光譜（UV-Vis）、高效液相色譜（HPLC）或質(zhì)譜（MS）、蛋白質(zhì)組與代謝組學(xué)等分析技術(shù)等。

實時單細(xì)胞多功能分析儀為靶向藥物遞送研究帶來了革命性的技術(shù)支持。相比傳統(tǒng)群體水平、靜態(tài)終點的檢測方式，該儀器能夠在單細(xì)胞、亞細(xì)胞水平上實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)的原位檢測，從而更真實、全面地反映藥物遞送系統(tǒng)的行為及生物效應(yīng)。

2.實時單細(xì)胞多功能分析技術(shù)優(yōu)勢

• 實時動態(tài)監(jiān)測，突破“靜態(tài)終點”

限制實時單細(xì)胞多功能分析儀能夠?qū)?xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵生化指標(biāo)（如ATP、乳酸、Ca2?、K?等）進(jìn)行秒級以下的連續(xù)動態(tài)記錄，使得研究人員可以精準(zhǔn)捕捉藥物攝取、載體釋放、信號激活等多個階段的變化規(guī)律，真正實現(xiàn)“過程可視化”。 

• 單細(xì)胞分辨率，揭示細(xì)胞群體內(nèi)異質(zhì)性

實時單細(xì)胞多功能分析儀可以精確地在單細(xì)胞層面獲取每一個細(xì)胞的狀態(tài)和藥物響應(yīng)數(shù)據(jù)，從而識別出“響應(yīng)型亞群”、“耐藥細(xì)胞亞群”甚至“潛伏型細(xì)胞亞群”。通過這些數(shù)據(jù)，研究人員可以更有針對性地篩選靶點、優(yōu)化遞送策略，并開發(fā)個性化精準(zhǔn)治療方案，真正體現(xiàn)“細(xì)胞分辨率精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的理念。

• 亞細(xì)胞水平原位分析，精確定位作用靶點

實時單細(xì)胞多功能分析儀可在不破壞細(xì)胞完整性的前提下，原位檢測胞質(zhì)、胞核或特定胞器中的小分子濃度及酶活性，實現(xiàn)對藥物亞細(xì)胞遞送路徑的精細(xì)解析。例如，可監(jiān)測載體是否成功逃逸溶酶體、是否進(jìn)入線粒體發(fā)揮毒性作用，為設(shè)計更高效的遞送系統(tǒng)提供可靠依據(jù)。

• 微量樣本處理，適用于稀有或臨床來源樣本

實時單細(xì)胞多功能分析儀支持在低樣本量下完成定量檢測，特別適用于難獲取的腫瘤組織、腦組織等珍貴樣本。這一特性極大拓展了其在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)、個體化治療建模、稀有疾病研究中的應(yīng)用場景。

3.實時單細(xì)胞多功能分析儀在靶向藥物遞送領(lǐng)域的應(yīng)用場景

• 藥物攝取與亞細(xì)胞遞送路徑的可視化與解析

實時單細(xì)胞多功能分析儀可實現(xiàn)對載體進(jìn)入細(xì)胞后的動態(tài)追蹤，包括內(nèi)吞途徑、穿膜機(jī)制、胞器定位及釋放動力學(xué)等。通過熒光標(biāo)記載體（如FITC-脂質(zhì)體）與亞細(xì)胞定位探針（如MitoTracker、LysoTracker）聯(lián)合使用，可獲得載體在胞質(zhì)、胞核或線粒體的動態(tài)遷移信息，為解析藥物釋放路徑與靶向部位提供了精確依據(jù)。此外，系統(tǒng)還能實現(xiàn)對單個活細(xì)胞進(jìn)行定量提取，獲取其胞質(zhì)或細(xì)胞器成分，用于后續(xù)質(zhì)譜分析，從而結(jié)合蛋白質(zhì)組、代謝組學(xué)手段構(gòu)建完整的“遞送-作用-響應(yīng)”因果鏈。

• 實時代謝變化與藥效反應(yīng)的定量評估

實時單細(xì)胞多功能分析儀通過檢測多個關(guān)鍵代謝參數(shù)（如ATP、乳酸、鈣離子濃度和胞內(nèi)pH值）以及酶活性變化（如乳酸脫氫酶和鞘磷脂酶），為評估藥效的起效時間及作用機(jī)制提供了重要手段。例如，在藥物刺激后，ATP濃度下降與乳酸濃度升高可提示細(xì)胞能量代謝受擾或發(fā)生凋亡，而鈣離子濃度升高則可能反映細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)或膜通透性變化。此外，該系統(tǒng)還可實時捕捉藥物作用下的酶活性變化過程，如在抗腫瘤藥物誘導(dǎo)的線粒體通路凋亡中，監(jiān)測細(xì)胞色素C的釋放及下游酶的激活，助力精準(zhǔn)界定藥效窗口期。同時，該儀器還可用于解析不同遞送載體對活性氧（ROS）生成的動態(tài)影響，進(jìn)而評價納米材料等遞送系統(tǒng)的潛在生物毒性，為靶向藥物遞送策略的優(yōu)化提供功能性參考依據(jù)。

• 單細(xì)胞平臺用于納米載體篩選

實時單細(xì)胞多功能分析儀通過非破壞性的單細(xì)胞分辨率測量，能夠多指標(biāo)分析納米載體在細(xì)胞內(nèi)的攝取量、胞內(nèi)定位、釋放動力學(xué)、代謝響應(yīng)等多項關(guān)鍵指標(biāo)。該平臺尤其適用于靶向遞藥系統(tǒng)的早期開發(fā)階段，有助于節(jié)省大量實驗周期和成本，提高成功率。

4.實時單細(xì)胞多功能分析儀在藥物遞送最新應(yīng)用案例回顧

案例一：Advanced Materials ( IF 27.4 )  “重組角蛋白模塊化微針”, 讓腫瘤術(shù)后傷口愈合及抗癌同步進(jìn)行

2025年2月，來自西南大學(xué)的李翀教授團(tuán)隊在材料領(lǐng)域頂尖期刊Advanced Materials（IF 27.4）上發(fā)表了題為“An Integrated Modular Vaccination System for Spatiotemporally Separated Perioperative Cancer Immunotherapy”的文章。該文章主要探討了一種集成模塊化疫苗接種系統(tǒng)，旨在改善圍手術(shù)期癌癥免疫治療的效果。在此，作者報道了一種由工程化角蛋白制備的模塊化微針，該微針負(fù)載有個性化抗腫瘤疫苗——癌細(xì)胞（CM）膜包被的AS01 脂質(zhì)體（CLPs），它能夠在空間和時間上將免疫細(xì)胞活化所需的免疫治療微環(huán)境與傷口愈合微環(huán)境區(qū)分開來。

在本研究中，作者基于瑞明生物的實時單細(xì)胞多功能分析儀，在體外單細(xì)胞水平上直觀地驗證了負(fù)載有個性化抗腫瘤疫苗——癌細(xì)胞（CM）膜包被的AS01 脂質(zhì)體（CLPs）的微針可被樹突狀細(xì)胞（DCs）靶向并攝取，為基于SRK84-T 的針根層招募DC 以最大化免疫治療效果提供基礎(chǔ)理論支撐。

案例二：Nat. Commun.: 基于小檗堿的可電離脂質(zhì)用于核酸治療藥物的自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及腦靶向遞送

圖3. bEnd.3 細(xì)胞中的活性氧水平。處理 2 小時、12 小時和 24 小時后的活性氧水平。數(shù)據(jù)以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差（n = 20 獨立實驗）表示。統(tǒng)計學(xué)顯著性通過雙側(cè)非配對 Student's t 檢驗確定；****P < 0.0001。

案例三：Nat. Commun. 變構(gòu)靶向遞送系統(tǒng)破解血腦屏障穿透難題

2025年4月，西南大學(xué)藥學(xué)院李翀團(tuán)隊在Nature Communications上在線發(fā)表題為“Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions”的研究論文。該研究基于變構(gòu)識別的理念構(gòu)建了一個藥物遞送平臺，利用膜蛋白（如胰島素受體和整合素αvαvβ3）的跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）作為識別位點，并探索了其在腦部疾病治療中的潛在應(yīng)用。

在本研究中，作者使用膜結(jié)合的基質(zhì)金屬蛋白酶14（MT1-MMP/MMP14）來切割BMECs 中 IR 的胞外結(jié)構(gòu)域，以構(gòu)建缺乏IR 胞外結(jié)構(gòu)域的細(xì)胞模型。使用實時單細(xì)胞多功能分析儀測量細(xì)胞表面胰島素受體α亞基（IR-α）的表達(dá)，結(jié)果顯示，經(jīng)MMP14 處理后的細(xì)胞中IR-α 的表達(dá)量降低了23.56 倍，這與蛋白質(zhì)印跡結(jié)果一致。與正常BMECs 相比，缺乏IR-α 的 BMECs 對 IEP-Lips 的攝取顯著受到抑制（p < 0.05），但對PEG-ITP-Lip 的攝取沒有顯著差異（p > 0.05）。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證明了ITP 的變構(gòu)靶向位點是IR 跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD）。

圖4I. 用于測定經(jīng)或未經(jīng)基質(zhì)金屬蛋白酶14（MMP14）處理的BMEC 中 IR-α 表達(dá)水平的實時單細(xì)胞多功能分析儀的快照圖像。比例尺= 20 μm。m 通過實時單細(xì)胞多模態(tài)分析儀測定經(jīng)或未經(jīng)MMP14 處理的BMEC 表面IR-α的表達(dá)水平。（F：細(xì)胞膜表面IR-α 的熒光強(qiáng)度；F0：培養(yǎng)皿的背景熒光強(qiáng)度）

5.小結(jié)

盡管目前已有諸多遞送系統(tǒng)和策略進(jìn)入臨床試驗階段，但從實驗室到臨床的轉(zhuǎn)化依然面臨諸多挑戰(zhàn)，包括穿透屏障效率不足、個體差異帶來的治療反應(yīng)不確定性、藥效與毒性評估手段滯后等問題。在這一背景下，實時單細(xì)胞多功能分析儀的出現(xiàn)，為靶向藥物遞送研究提供了前所未有的單細(xì)胞動態(tài)分析平臺。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了從單細(xì)胞到亞細(xì)胞水平的精確監(jiān)測，更通過多指標(biāo)同步檢測、實時追蹤等技術(shù)手段，極大豐富了藥物作用效果、機(jī)制及毒性的解析手段，突破了傳統(tǒng)檢測技術(shù)“平均、靜態(tài)、終點”式觀察的局限。

感謝西南大學(xué)藥學(xué)院唐忠捷博士為本文提供的支持

參考文獻(xiàn)

[1] Manzari M T, Shamay Y, Kiguchi H, et al. Targeted drug delivery strategies for precision medicines[J]. Nature Reviews Materials, 2021, 6(4):351-370.

[2] Vargason A M, Anselmo A CMitragotri S The evolution of commercial drug delivery technologies[J]. Nature biomedical engineering, 2021, 5(9):951-967.

[3] Feiyan Gao, Chong Li, et al. An Integrated Modular Vaccination System for Spatiotemporally Separated Perioperative Cancer Immunotherapy. Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2025-02-11 , DOI: 10.1002/adma.202418322

[4] Xufei Bian, Zhi-Hong Jiang, Chong Li, et al. Berberine-inspired ionizable lipid for self-structure stabilization and brain targeting delivery of nucleic acid therapeutics. Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2025-03-10 , DOI: 10.1038/s41467-025-57488-0

[5] Kaicheng Tang, Chong Li, et. al. Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions. Nature Communications (IF 14.7) Pub Date : 2025-04-10 , DOI:10.1038/s41467-025-58746-x