细胞膜仿生修饰纳米粒肿瘤治疗的研究进展*

石 雯 胡芳芳 尹铁英** 王亚洲

（1）重庆大学生物工程学院，血管植入物开发国家地方联合工程实验室，生物流变科学与技术教育部重点实验室，重庆400030；2）重庆大学医学院，重庆400030）

几个世纪以来，肿瘤一直是危害人类生命和健康的主要疾病之一，传统的肿瘤治疗方法包括手术切除病灶、化学药物治疗和放射治疗［1］。但这些方法都存在一些弊端，如手术未切除的组织中肿瘤细胞的增殖、扩散，导致复发；化疗、放疗缺乏对肿瘤组织的特异性选择，对正常组织、器官产生严重的副作用［2］。因此，研发疗效更强、具有肿瘤特异性靶向、副作用更少的治疗方法一直是肿瘤防治领域的热点和焦点。

纳米粒（nanoparticles，NPs）作为纳米医学的探针或药物递送载体已经受到广泛关注［3］。为了获得良好的抗肿瘤效果，在肿瘤治疗药物递送载体领域［4］，要求NPs具备多种功能：a.响应不同的体内环境和跨越多个生理屏障［5］；b.能够在体循环中长期停留；c.能够抵抗网状内皮系统清除作用和降低免疫反应；d.在肿瘤部位被动或主动积累；e.有较高的肿瘤摄取量和药物释放效率［6］。为了实现这些功能，研究者设计了多种多样的纳米药物结构，如多孔二氧化硅纳米粒、脂质体纳米粒、蛋白质作为载体的NPs等。然而，这些NPs仍有许多不足之处，免疫原性和靶蛋白脱吸附等问题依旧存在，使其抗肿瘤效果降低［7］。

细胞膜仿生修饰纳米粒（cell membrane biomimetic modified nanoparticles，CMBMNPs）通过将天然或仿生细胞膜材料修饰于合成NPs 表面，得到的CMBMNPs 具有高度可控的生物学功能［8-9］。CMBMNPs 不会破坏NPs 原有的物理化学性质，同时还赋予NPs细胞膜的生物学功能，利用细胞膜表面蛋白质和多糖的功能使NPs避免被免疫系统攻击［10］。与未进行细胞膜仿生修饰的NPs 相比，修饰后的NPs 具有更长的体内循环时间［11］。同时，细胞膜修饰策略可以提高NPs的肿瘤靶向能力，而不同的细胞膜来源可赋予NPs多样的肿瘤治疗作用［12］。这使CMBMNPs 在肿瘤治疗领域表现出巨大潜力。本文将从CMBMNPs 具有的优势、制备方法和特征分析方法出发，介绍CMBMNPs在肿瘤靶向化疗、光热诊疗、免疫治疗方面的积极作用（图1）。

Fig.1 Schematic diagram of cell membrane biomimetic modification nanoparticles for tumor treatment图1 细胞膜仿生修饰纳米粒肿瘤治疗示意图

1 细胞膜仿生修饰纳米粒的优势

1.1 良好的免疫逃避能力

纳米医学的主要目标之一是实现治疗性纳米载体的体内长循环，虽然纳米粒可以通过被动靶向如穿透和滞留效应，及主动靶向完成药物递送，但是纳米粒作为一种外源性物质，很容易被机体的免疫系统识别并清除，随后人们使用聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）作为材料减少纳米粒的清除，但是Lubich等［13］发现多次注射PEG-NPs后，机体产生抗PEG 抗体，反而促进NPs 被清除。CMBMNPs是一种新的仿生方法，通过将细胞膜包被在NPs表面，源自细胞的膜结构、蛋白质、糖类可以保留在NPs表面，赋予NPs天然细胞膜的相关表面性质和生物学功能［14］。Wang 等［15］的研究中使用红细胞（red blood cell，RBC）膜包被载有雷帕霉素（rapamycin，RAPA） 的聚乳酸-乙醇酸（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA）NPs，利用细胞膜固有的自我识别功能，使NPs具有逃避免疫系统清除的能力，并且实现了靶向血管病变部位药物的按需释放。巨噬细胞膜包被NPs可减少免疫细胞对NPs 的清除作用，延长NPs 循环寿命［16］。此外，白细胞膜包被的纳米多孔硅颗粒也借助白细胞膜的固有生物学功能实现了纳米粒的免疫逃避和靶向治疗的作用［17］。总之，CMBMNPs 利用细胞膜的天然功能增强了NPs的生物相容性和免疫逃避能力，极大地延长了其循环时间。

1.2 优良的药物装载能力

NPs是一种优良的药物递送载体，将多个功能单元与可溶性大分子结合或通过共聚物的自组装可使NPs 装载各种治疗剂或成像剂［18］。并且药物分子与聚合物骨架的直接结合允许精确的药物装载并增加对药物释放的动力学控制［19］。为此，研究人员设计了多种纳米载体，如聚合物载体、脂质体纳米粒和溶致液晶［20］、金属纳米载体和纤维纺丝［21］等，它们都有不俗的药物装载和控制释放能力。CMBMNPs 将细胞膜包被于NPs 表面形成核-壳结构，不影响NPs药物负载能力的同时对药物提供更好的保护作用［22］。将光敏剂（4',4'',4''-(porphine-5,10,15,20-tetrayl） tetrakis （benzoic acid）（TCPP）装载于自然杀伤细胞（natural killer cells，NK）仿生修饰的纳米粒中， 通过光动力疗法（photodynamic therapy，PDT）治疗原发肿瘤，发现NK-NPs的药物包封率和载药率与未进行膜修饰的NPs相当，而TCPP泄漏明显减少，说明NK-NPs具有良好的药物装载和保护能力［23］。CMBMNPs良好的药物装载和保护能力在肿瘤治疗上可以提高药物利用率和单剂药物治疗效果。

1.3 良好的肿瘤靶向能力

研究者发现，利用免疫细胞的肿瘤归巢作用，能赋予CMBMNPs 肿瘤靶向能力，从而对肿瘤靶向化疗表现出积极影响［24-25］。其次利用细胞天然的同型或异型黏附性质，可以设计和构建出具有靶向功能的CMBMNPs［26］。如癌细胞可以对其同源癌细胞膜包被的NPs产生极好的自我识别内化，使NPs 特异性的靶向肿瘤［27］。另外，干细胞膜仿生修饰的纳米粒也呈现良好的肿瘤靶向能力，如利用血小板（platelets，PLT）和癌干细胞混合膜包被的氧化铁磁性纳米粒能够主动靶向肿瘤，增强对肿瘤生长的抑制作用［28-29］。细胞膜仿生修饰药物递送系统由于良好的靶向性，成为肿瘤治疗研究中常见的纳米药物系统。

1.4 透血脑屏障能力

大脑血管内皮细胞通过各种紧密连接蛋白相互相连，并与脑内周细胞和星形胶质细胞相互作用，形成血脑屏障（blood brain barrier，BBB）这一特殊的屏障系统［30］。BBB 严格限制各种物质进入中枢神经系统，如血液中的炎症因子、神经毒性物质、免疫细胞等［31］，这一特性使脑部肿瘤治疗成为一个难题。CMBMNPs是一种由纳米技术主导设计的药物递送平台，它可以跨越各种生理屏障，包括BBB［32］，使药物顺利抵达脑肿瘤部位，增强脑肿瘤部位的药物积累，进一步提高脑肿瘤治疗效果。例如有研究表明，中性粒细胞（neutrophils，NEs）膜包被的紫杉醇（paclitaxel，PTX）阳离子脂质体（cationic liposome，CL）可以穿透血脑屏障抑制神经胶质瘤的术后复发［33］。当PTX-CL/NEs、PTX-CL 和PTX 通过胶质瘤荷瘤小鼠术后尾静脉注射，并对大脑中递送的PTX 进行定量时，发现PTX-CL/NEs组PTX在大脑中的积累显著性高于PTX组和PTX-CL组。这证实了由术后炎症反应介导的PTX-CL/NEs 透过BBB 靶向脑肿瘤的优越性。

2 细胞膜仿生修饰纳米粒的制备方法和特征分析方法

制备细胞膜仿生修饰的纳米粒通常包括3个主要步骤：分离细胞膜、合成纳米颗粒、融合细胞膜与纳米粒，最终产生CMBMNPs。这里，对常见的CMBMNPs的制备步骤进行介绍。

2.1 分离细胞膜

分离得到细胞膜囊泡需要经过细胞获取、裂解、超速离心3 个步骤。简单地说，需要从血液、细胞系或机体内获取足够数量的目的细胞，将收集的细胞经过低渗处理或反复冻融循环［34］，然后进行高速离心以去除胞内内容物。接下来，用含有蛋白酶抑制剂的缓冲液多次洗涤得到的颗粒，获得细胞膜悬液。经过超声均质后，得到大小不均的囊泡。为了保证膜的生物活性，每一个步骤都需要在0～4℃下进行。

2.2 合成纳米颗粒

细胞膜修饰纳米粒的纳米颗粒材料分为有机材料和无机材料两大类，自从纳米医学发展至今，人们已经尝试多种材料制备纳米粒，由于本文主要讨论细胞膜修饰纳米粒，对合成纳米粒的材料不过多叙述，一般来讲，有机材料常用PLGA、聚己内酯（polycaprolactone，PCL）、脂质体和纳米凝胶等，无机材料常见的是硅、二氧化硅、金、四氧化三铁、硫化铜和上转化纳米粒子等［35］。这些材料可使纳米粒核心具有很高的载货能力以及优异的电、磁和光学性能［36］。纳米粒核心在药物释放性能、药代动力学行为以及载药系统的大小和形状方面起着决定性的作用，因此需要依据不同的研究目的来设计，理想的情况下应设计多种材料进行择优比较。

2.3 融合细胞膜与纳米粒

在分别获得细胞膜和纳米粒核心后，需要细胞膜包裹住纳米粒，才能获得细胞膜修饰的纳米粒，这一步骤决定了载药系统的最终电荷、粒径以及包裹效果，是决定CMBMNPs 制备成功最重要的一步，传统的制备方法为共孵育法和搅拌混合法，但这两种方法的膜包被效率较低，膜损耗较大。本文介绍目前合成CMBMNPs 的主流方法：机械挤出法、超声法和微流控电穿孔法。

2.3.1 机械挤出法

机械挤出法是一种成熟的细胞膜修饰纳米粒制备方法，利用多孔聚碳酸酯膜将膜与纳米粒核心共挤出［34，37］。其原理是利用细胞膜的流动性，在挤压过程中机械力可以使纳米粒核心穿过磷脂双层，形成膜包裹的纳米粒。首先，对纯化的细胞进行初始低渗处理以除去其细胞内容物；然后，清洗空的细胞，并通过聚碳酸酯多孔膜多次挤出，产生细胞膜衍生的囊泡；最后，利用反复多次的机械挤出通过400 nm、200 nm、100 nm 的聚碳酸酯多孔膜，将细胞膜囊泡与纳米粒融合，使得到的纳米粒分布更均匀，形成细胞膜仿生修饰的纳米粒（图2a）。

2.3.2 超声法

超声法是另一种常见的融合方法。利用超声波产生的空化气泡破坏膜结构，形成囊泡，将囊泡与纳米粒共孵育，使膜在纳米粒周围重组。为了提高包裹效果和减少蛋白质变性，需要调节各种参数，如超声功率、频率、持续时间等，因此相对共挤出方法更费时费力，但是在参数优化后，对于生产大量CMBMNPs 来说，这种方法更简便，成本更低（图2b）。

2.3.3 微流控电穿孔方法

微流控电穿孔的原理与超声类似，这种方法利用电脉冲使纳米粒进入细胞膜被包裹。电穿孔的微流控芯片由5 个部分组成，包含2 个入口、1 个Y形合并通道、1 个S 形混合通道、1 个电穿孔区域和1个出口［38］。纳米颗粒和细胞膜囊泡分别从2个入口注入到微流控芯片中，然后在S形通道中完全混合。当混合物流过电穿孔区时，电脉冲的作用会导致膜上瞬间产生小孔，纳米粒通过小孔进入膜中，最后，从出口收集膜包被纳米粒［39］。通过对脉冲电压、持续时间以及流速等参数的微调，可以得到包覆性好、稳定性高的纳米颗粒，但是这种装置的成本相对机械挤出和超声法高（图2c）。

上述3种方法均有各自的特点，可根据不同的细胞膜和纳米核心材料及实验条件选择适合的方法，同时应注意的是，为了维持细胞膜表面蛋白质活性，需避免有机溶剂和强酸强碱试剂的使用，且在融合过程中保持0～4℃的环境。此外，经过融合得到的CMBMNPs 需要经过纯化，去掉未结合的细胞膜或纳米粒，一般采用梯度离心或透析的方法实现。最后将制备好的CMBMNPs保存在4℃缓冲液中，并加入蛋白酶抑制剂，维持CMBMNPs 的活性并进行后续表征和验证实验。

Fig.2 Schematic diagram of cell membrane biomimetic modification nanoparticle preparation methods图2 细胞膜仿生修饰纳米粒制备方法示意图

2.4 细胞膜仿生修饰纳米粒的特征分析方法

CMBMNPs制备后需要对其进行特征分析，目的有3个：a.检测NPs制备效果，用以调整制备流程，提高细胞膜包被的纳米粒产率；b.测量修饰后纳米粒的电位、形状和尺寸等信息，作为基本研究参数；c.对经细胞膜修饰后的纳米粒功能进行验证，包括功能性蛋白质和标记物的表达及纳米核心药物的释放和治疗效果。此外，膜修饰纳米系统的毒性也需检测来保证药物的安全性。

纳米粒的膜包被效率和形貌分析可使用透射电子显微镜来完成，它的分辨率可达0.2 nm，能够得到清晰度高的纳米颗粒图像，用来分析样本中膜包被纳米粒的大小和计算不同视野中膜包被纳米粒的比率。透射电子显微镜观察CMBMNPs 是否具有明显的核-壳结构，此外也可利用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析纳米粒表面结构等信息。动态光散射仪是常见的检测纳米药物zeta电位和粒径分布的仪器［40］，无需对样本做特殊处理，可以较快获得简单的实验数据，也是纳米粒检测的基本方法。也可以通过检测细胞膜残留的碳水化合物来验证细胞膜包裹效果，如糖蛋白和唾液酸检测［41］。最后利用SDS-PAGE凝胶电泳和免疫印迹、免疫组化、免疫荧光、ELⅠSA等免疫学实验来检测膜修饰纳米药物的生物学功能［42］。由于针对不同疾病设计的生物膜、膜修饰原理、纳米材料和释放药物是不一样的，上述提到的方法仅适用于细胞膜修饰的PLGA纳米粒的特征分析，针对其他药物递送系统应根据其特有属性设计实验检测纳米系统结构。

3 细胞膜仿生修饰纳米粒的应用

不同来源的细胞所提取的细胞膜可赋予NPs不同的肿瘤治疗作用［43］，这一特点使CMBMNPs 在肿瘤治疗领域表现出巨大潜力，本文将近年有关CMBMNPs在肿瘤治疗领域的代表性研究进行了总结（表1），并分别介绍CMBMNPs 在肿瘤靶向化疗、肿瘤光热诊疗和免疫治疗中的应用，所涉及到的细胞膜来源既有血细胞、血小板等血液中存在的细胞，也有肿瘤细胞、干细胞和免疫细胞。此外，也介绍了利用混合细胞膜制备的NPs 的代表性研究。

3.1 肿瘤靶向化疗

3.1.1 血小板膜仿生修饰纳米粒

PLT是血流不可或缺的组成部分，具有促进止血凝血、靶向血管损伤位点和维持血液循环完整性的能力［44］。近年来，PLT 与血液中循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTC）之间的识别和相互作用引起了相当大的关注［45］，围绕CTC 的PLT 聚集有助于CTC 在血流中存活并扩散到新组织中［46］。这种特定聚集是由于P选择素和CD44受体的高亲和力，P 选择素是一种在PLT 上表达的因子，而CD44在肿瘤细胞表达，P选择素与CD44的特异结合有助于PLT靶向CTC［47-48］。

最近Hu 等［28］开发了靶向定点递送的功能性小分子药物血小板仿生纳米微粒（plateletmimicking nanovehicles，PM-NV）。PM-NV由两部分组成：a.用于装载小分子药物的纳米凝胶为内芯部分；b.以PLT膜为基础的外壳。同时该研究将肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体（tumor necrosis factor-related apoptosis inducing ligand，TRAⅠL）修饰于PLT 膜表面，盐酸阿霉素（doxorubicin hydrochloride， DOX） 装 入PM-NV 中 制 备 了TRAⅠL-Dox-PM-NV。体内实验表明，PM-NV拥有大量来自PLT的“自我识别”蛋白，最大程度地降低了体内免疫原性并延长了循环时间。更重要的是，PLT膜上携带的P选择素可以特异性地结合肿瘤细胞膜CD44 分子，使TRAⅠL-Dox-PM-NV 可以靶向肿瘤细胞，在肿瘤部位蓄积。同时，当PTRAⅠL-Dox-PM-NV 在肿瘤细胞表面聚集时，可促进TRAⅠL 与细胞膜之间的相互作用，并启动外源性细胞凋亡信号传导；当TRAⅠL-Dox-PM-NV被细胞内化后，溶酶体的酸性环境会介导TRAⅠLDox-PM-NV 释放Dox，使Dox 在肿瘤细胞核中积累，协同诱导肿瘤细胞凋亡。此外，P 选择素与CD44的结合可以消除CTC，防止肿瘤转移。该研究利用PLT和肿瘤细胞之间的特异性亲和力，成功开发了PLT 膜修饰的纳米药物用于TRAⅠL 和Dox的肿瘤靶向递送。

3.1.2 癌细胞膜仿生修饰纳米粒

在肿瘤中，癌细胞表面抗原具有同源或异源黏附特性［49］。这些特性归因于癌细胞表面的质膜蛋白，包括N钙黏蛋白、半乳糖凝集素3和上皮细胞黏附分子［50］。受此启发，许多研究转向于癌细胞膜仿生修饰纳米粒，NPs 表面包被癌细胞膜（cancer cell membrane，CCM）可以竞争同型癌细胞表面抗原，获得免疫逃逸和同源靶向能力，可用于高度特异性的癌症靶向和有效的癌症治疗［51］。

为了验证癌细胞膜修饰纳米粒的同源靶向能力，Zhu 等［52］制备了一种磁性氧化铁纳米粒（Fe3O4MNPs） 平台，用来自多种癌细胞系的CMBMNPs 研究其同源靶向能力。实验结果表明，癌细胞膜仿生修饰的Fe3O4MNPs 可以在体外对源癌细胞系实现高度特异性的自我识别，并且对同源肿瘤具有出色的靶向能力，甚至当存在异型肿瘤竞争时，该NPs 仍然选择性地靶向同源肿瘤。当然，也有其他文献报道了癌细胞膜仿生修饰的NPs同源癌细胞靶向作用［53-54］。总之，来自多种癌细胞系的CMBMNPs，可产生对源癌细胞系优异的自我识别和有利的免疫逃逸，这对肿瘤治疗产生了巨大的积极影响。

3.1.3 干细胞膜仿生修饰纳米粒

干细胞作为一种无限或永生的细胞，能够产生至少一种类型的、高度分化的细胞，已广泛应用于医学领域，特别是再生医学领域［55］。同时干细胞具有肿瘤趋化性，可以靶向肿瘤细胞，比如间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSC）、神经干细胞和造血干细胞，均显示出肿瘤归巢能力［56-57］。此外通过遗传修饰，工程干细胞可以作为药物载体归巢到肿瘤部位并分泌细胞毒性蛋白抑制肿瘤生长［58］，表明干细胞在肿瘤靶向化疗中表现出巨大潜力。

最近Suryaprakash 等［59］提出了一种混合的MSC/纳米微球系统，该系统结合了工程MSC和装载有米托蒽醌（mitoxantrone，MTX）的纳米复合材料，用于增强肿瘤治疗。与单独的纳米复合材料相比，该MSC/纳米微球系统以更快的速率迁移至恶性胶质瘤细胞（U87）附近，并且在肿瘤组织中大量聚集，并在小鼠胶质瘤模型中表现出有效的肿瘤抑制作用，说明MSC 增强了纳米微球的肿瘤靶向性，促进了治疗药物的有效释放。此外，Gao等［60］的研究表明，干细胞膜包被的纳米凝胶可以逃避免疫系统的清除，增强载有DOX 的纳米凝胶在小鼠体内的肿瘤靶向能力和抗肿瘤功效。另外，Tian 等［61］的研究证明，干细胞膜包被的NPs 可有效靶向和治疗原位乳腺癌，为精确有效的乳腺癌治疗提供了新的方法。总之，这些研究说明，干细胞膜仿生修饰的NPs具有肿瘤靶向功能，将NPs介导的药物递送特点与干细胞的肿瘤归巢特征相结合，可以有效推进靶向恶性肿瘤的联合治疗。

3.1.4 免疫细胞仿生修饰纳米粒

a.中性粒细胞膜仿生修饰纳米粒

NEs 是机体主要的免疫细胞，具有吞噬作用、趋化作用和杀菌作用，且炎症因子会增强NEs的趋向性［62］。此外，NEs 还具有天然的透BBB、血肿瘤屏障（blood tumor barrier，BTB）能力［63］，所以NEs可以作为一种良好的脑肿瘤靶向性细胞膜仿生材料的细胞膜提供者［64］。Xue 等［33］研究表明，NEs修饰的携带PTX的脂质体可以抑制术后神经胶质瘤复发。该研究将PTX 封装到CL 中（PTXCL），然后在其表面包被NEs产生的膜囊泡，以获得NEs 仿生修饰的递送载体PTX-CL/NEs。它可以穿透BBB，靶向胶质瘤细胞，并将PTX 有效地递送给脑部胶质瘤细胞，诱导细胞毒性以抑制肿瘤复发。而且，Kang等［65］通过在PLGA-NPs的表面包被NEs膜，开发了NEs仿生药物递送系统，并证明在乳腺癌细胞4T1模型中与未包被细胞膜的NPs相比，NEs 细胞膜包被的PLGA-NPs 表现出增强的CTC结合能力。并且在4T1动物模型中，NEs细胞膜包被的PLGA-NPs 也具有更高的CTC 捕获效率，且改善了转移前肿瘤归巢作用。同时Zhou等［66］的研究表明，包被有NEs膜的PLGA可以靶向恶性黑色素瘤，在鼠黑素瘤细胞系B16F10 中显示出明显增强的细胞毒性。此外，Cao 等［67］的研究表明，NEs 修饰的治疗性NPs，可用于胰腺癌的靶向化疗。总之，这些研究表明，NEs仿生修饰的NPs可以靶向肿瘤，对肿瘤进行有效治疗。

b.巨噬细胞膜仿生修饰纳米粒

巨噬细胞是一种吞噬细胞，其显示出许多特性，如促进免疫逃避、针对炎症或肿瘤位点的特异性靶向［68-69］。例如，CD49d 是一种巨噬细胞膜表达的表面标记物，同时也是一些肿瘤细胞表达的血管细胞黏附分子1的主要配体（如MCF-7肿瘤细胞和4T1肿瘤细胞）［70］。通过这种受体与配体的结合使巨噬细胞特异性结合一些肿瘤细胞，使巨噬细胞膜具有肿瘤靶向作用。最近，Cao 等［71］开发了一种用于肿瘤靶向化疗的巨噬细胞膜仿生修饰纳米粒，具有响应肿瘤微环境刺激的控制释放，可用于肿瘤靶向化疗。该纳米系统具有肿瘤归巢和免疫系统逃避功能，表现为足够的药物装载能力和肿瘤靶向能力，可以增强肿瘤治疗效果，并且无明显的毒副作用。

c.T细胞膜仿生修饰纳米粒

T细胞是免疫系统中的重要组分，可分为细胞毒性T 细胞、辅助性T 细胞、调节性T 细胞［72］。T细胞主要参与人体细胞免疫反应，可以靶向杀伤病变细胞，在各种疾病治疗中发挥巨大潜力［73］。最近报道了一种基于人体细胞毒性T细胞膜的仿生修饰药物递送系统TPNP［74］。在该系统中，使用T细胞膜对PLGA进行表面修饰，并且对NPs进行局部低剂量辐射（local low-dose irradiation，LDⅠ）处理［75］。TPNP利用人类细胞毒性T细胞的体内长循环能力和对肿瘤细胞的趋化作用来靶向人胃癌细胞系MKN-45，另外局部LDⅠ可以显著增强该系统对肿瘤的抑制作用。动物实验证明，TPNP可以高效靶向胃癌，杀伤癌细胞。该研究为胃癌靶向化疗提供了新的途径。

d.自然杀伤细胞膜仿生修饰纳米粒

NK细胞是一种大颗粒淋巴细胞，其通过免疫监视来检测细胞表面是否存在异常，从而提供宿主防御微生物感染和肿瘤细胞的能力［76-77］。与T细胞不同，NK细胞具有通过其细胞表面活化性受体直接靶向肿瘤细胞的能力，并且无需事先敏化就可以杀死肿瘤细胞［78-79］。NK细胞靶向肿瘤的各种机制包括穿孔素/颗粒酶介导的细胞毒性，死亡受体介导的凋亡和γ 干扰素效应功能［80］。研究证明，NK细胞能够在体内和体外条件下消除肿瘤，肿瘤的耗竭取决于NK 细胞受体与肿瘤细胞配体的结合［81］。基于这些特性，NK 细胞理论上可用于肿瘤靶向化疗。

Pitchaimani 等［82］开发了一种NK 细胞膜修饰的脂质体递送系统“NKsomes”，用于肿瘤靶向化疗。实验结果表明，NKsomes成功地保留了NK细胞膜相关的靶向蛋白，并且具有良好的生物相容性，表现为延长的循环半衰期，在生理条件下更稳定。同时该NKsomes 能够在体外和体内条件下靶向肿瘤细胞，与正常的细胞相比，NKsomes 在体外对肿瘤细胞的亲和力更高，并且在体内也具有更强的肿瘤归巢作用。此外，装载阿霉素的NKsomes（DOX@NKsomes）在体外和体内对人乳腺癌细胞MCF-7 均显示出极好的靶向性以及抗肿瘤能力。总体而言，这项研究证明了NK细胞膜仿生修饰纳米粒具有肿瘤靶向化疗的潜力，这为仿生纳米药物的设计提供了新的想法。3.1.5 混合细胞膜仿生修饰纳米粒

多种细胞类型包括RBC、干细胞、PLT、免疫细胞、癌细胞等均已被用于膜材料，每种膜材料都有其独特的功能［83-85］。研究人员尝试将多种细胞膜混合起来，制备混合膜包裹纳米粒，这使纳米药物获得更多特性，有助于肿瘤治疗效果。He等［86］设计了一种混合细胞膜修饰的仿生纳米系统，并命名为Leutusome。该系统将脂质体纳米粒作为核心，表面含有来自小鼠白细胞（J774A.1）和头颈癌细胞（HN12）的质膜组分。Leutusome 保留了J774A.1 和HN12 的膜蛋白，可以在血液中长时间循环，并且有效地积累在B16 肿瘤部位，表明Leutusome不仅拥有了白细胞的免疫逃避功能还具有癌细胞的同源靶向功能。此外，装载PTX 的Leutusome可以有效地抑制肿瘤生长，同时不引起全身性毒副作用。

Gong 等［87］将巨噬细胞RAW264.7 膜与乳腺癌4T1 细胞膜融合，制备了巨噬细胞-癌细胞混合膜包被的DPLGA@［RAW-4T1］NPs，用于治疗源自乳腺癌的肺转移。DPLGA@［RAW-4T1］NPs 的表面含有RAW264.7和4T1细胞的膜蛋白，由于α4和β1 整联蛋白的高表达，加入巨噬细胞膜显著提高了DPLGA@［RAW-4T1］NPs 对转移肿瘤的靶向能力，而4T1膜能够靶向同源癌细胞，从而使它们能够主动到达乳腺癌的肺转移部位。小鼠体内肺转移模型实验表明，DPLGA@［RAW-4T1］NPs 趋于在炎症部位蓄积，并特定靶向乳腺癌的肺转移部位，同时DPLGA@［RAW-4T1］NPs 显示出极好的化学治疗潜力，具有约88.9%的抗转移功效。这项研究为乳腺癌转移治疗提供了一种有前途的方法。

3.2 肿瘤光热诊疗

光动力治疗（photodynamic therapy，PDT）是一种依赖于光疗药物的非侵入性方法，结合光照射选择性地杀死癌细胞，对无光照射的正常组织的毒性小［88］。光热疗法使用光吸收剂在高近红外（near-infrared，NⅠR）激光照射下产生热量，导致癌细胞热消融；该疗法涉及产生细胞毒性的活性氧，如单线态氧［89］。光疗药物除了小分子试剂外，还有许多纳米材料，包括金纳米结构、银纳米粒、碳纳米管、磁性纳米粒、半导体聚合物纳米粒等［90］。一系列细胞膜修饰在光治疗纳米粒的表面上赋予了NPs新的生物学功能。

Peng 等［91］开发了一种RBC 膜包被的载有DOX 的 普 鲁 士 蓝/二 氧 化 锰（prussian blue/manganese dioxide，PBMn） 纳 米 粒，命 名 为PBMn-DOX@RBC。这个系统不仅拥有较长的体内循环时间，还可以将光热疗法和化学疗法相结合，进一步增强肿瘤抑制作用。同时也有其他报道表明，RBC膜包被的NPs可以用于肿瘤光热诊疗。比如，将Fe3O4磁性纳米粒和RBC膜衍生的囊泡注入微流体装置中，制备的RBC 膜包被的NPs 也具有优异的光热诊疗效果［92］。另外，RBC 膜包被的金纳米笼，也可用于靶向癌症的光热和化学疗法［93］。RBC 是血液中最丰富的细胞，它在人体内的保留时间长达120 d［94］。RBC膜表面具有丰富的膜蛋白、聚糖等，还有很多天然的“自我”标记物如CD47 蛋白［95］，另外RBC 膜表面的酸性唾液酸成分，可以有效减少网状内皮系统对RBC 修饰纳米粒的摄取，延长RBC修饰纳米粒体内循环时间，并使其能够逃避免疫清除［96-97］。

聚吡咯纳米粒（polypyrrole nanoparticles，PPy NPs）在NⅠR辐射下会产生热量，因此被广泛用于肿瘤的光热疗法［98］。有研究显示，表面修饰了混合RBC和PLT膜的PPy NPs，得到PPy@［R-P］NPs，可以直接在NⅠR 下杀死肿瘤细胞［99］。其中RBCPLT混合膜赋予PPy@［R-P］NPs体内长循环时间和靶向功能。经尾静脉注射PPy@［R-P］NPs 后，在NⅠR激光照射下，光热刺激会损伤肿瘤血管，从而形成大量微血栓。由于存在PLT膜，大量PPy@［R-P］NPs被成功募集到微血栓部位，改善了NPs在肿瘤组织中的分布，从而实现了优异的光热诊疗效果。

Wang 等［100］将来自RBC 和B16F10 的混合膜材料仿生修饰于空心铜制备的硫化物纳米粒上用于黑色素瘤的光热协同治疗。另外，Jiang 等［101］将RBC 膜与人乳腺癌细胞（MCF-7）膜融合在一起，制成RBC-癌细胞混合膜包被的NPs 系统，得到Melanin@RBC-M，用于肿瘤光热诊疗。该系统保留了两种源细胞的膜蛋白，其中MCF-7 膜成分可显著增强Melanin@RBC-M 的同型靶向能力，而RBC 膜成分可有效减少巨噬细胞对Melanin@RBC-M的摄取，并改善其血液循环时间。此外，体外光声实验显示，Melanin@RBC-M 具有随着NPs尺寸（64～148 nm）增加而增强的光声信号，并且当激发波长在680～800 nm范围内时，光声振幅随着NPs 浓度呈线性增加。说明Melanin@RBC-M 表现出良好的肿瘤靶向作用和光热诊疗功效。

癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）是肿瘤微环境中肿瘤基质细胞的主要群体，它被认为是癌症治疗的主要障碍之一。一方面，CAFs 分泌许多生长因子和细胞因子激活肿瘤相关的信号传导途径，促进血管生成，肿瘤发生、进展、转移和抗性产生［102］；另一方面，CAFs 通过包围肿瘤细胞并产生细胞外基质（extracellular matrix，ECM）阻止药物进入肿瘤细胞［103］。说明CAFs 构成了保护肿瘤细胞的物理屏障，阻碍抗癌药物进入肿瘤发挥作用。因此许多研究转向基于CAFs 对肿瘤进行治疗。如Li等［104］的研究表明，化学修饰后的NPs 可用于靶向和杀死CAFs，消除肿瘤基质的生物相互作用从而增强NPs的肿瘤蓄积。简而言之，将光敏剂ZnF16Pc封装到铁蛋白纳米笼中，然后将特定于成纤维细胞活化蛋白的单链可变区片段（single chain variable fragment，scFv）序列缀合到铁蛋白表面，得到scFv-Z@FRT。后续实验表明，scFv-Z@FRT 可以介导有效和具有选择性的PDT，消除肿瘤中的成纤维细胞，增强NPs的肿瘤递送效率。

最近Li 等［105］报道了一种活化的成纤维细胞（activated fibroblasts，AF）的细胞膜包被的半导体聚 合 物 纳 米 粒 （semiconducting polymer nanoparticle，SPN）用于增强肿瘤光疗法。这种称为AF-SPN的纳米复合物包括含有NⅠR吸收的半导体聚合物（semiconducting polymer，SP）和AF 细胞膜。SP 作为治疗诊断剂，不仅可以产生用于成像的NⅠR 荧光，还可以产生单态氧用于PDT 和光热疗法。表面包被的AF 细胞膜使得NPs 同源靶向CAFs，促进癌细胞附近的NPs 积累并因此增强光诊断治疗功效。此外，其他药物和成像剂可以加载到这种仿生纳米复合物中，引入超越光学成像和光疗法的多模式治疗诊断平台，为肿瘤诊疗提供新的思路。

另外，巨噬细胞膜包被的金纳米壳（Au nanoshell，AuNS） 系统也可用于肿瘤光热诊疗［106］。该系统主动靶向肿瘤，而且在NⅠR激光照射下，涂有巨噬细胞膜的AuNS可以产生局部热量增强光热疗法的作用。实验证明，该系统可以特异性地消融照射区域内的肿瘤细胞，高效抑制肿瘤生长。此外，Meng等［107］将巨噬细胞膜重建为囊泡，然后将其涂覆在Fe3O4纳米粒上，发现该修饰NPs具有靶向肿瘤和光热诊疗的能力。有报道表明，干细胞膜包被的磁性纳米粒可用于前列腺癌成像指导光热疗法和基因疗法［108］。另外，癌细胞膜修饰的NPs同样可用于肿瘤光热诊疗，如最近报道载有吲哚青绿（indocyanine green，ⅠCG）的癌细胞膜包被的二氧化硅纳米粒，可用于骨肉瘤的肿瘤特异性光热疗法［109］。

3.3 肿瘤免疫治疗

NK细胞作为一种先天免疫效应细胞，其在肿瘤免疫治疗领域引起了广泛的关注［110-111］。NK 细胞可以通过分泌各种细胞因子，如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α） 调 节 免 疫 应答［112］，促进抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC）的成熟，进而激活T 细胞杀死肿瘤细胞［113］。在抗肿瘤免疫治疗中，NK 细胞可以诱导巨噬细胞向炎症M1 巨噬细胞极化，并通过NK 细胞膜中存在的蛋白质（如RANKL或DNAM-1）靶向目标肿瘤［114］。由于NK细胞膜可以诱导M1巨噬细胞的极化，因而成为肿瘤免疫治疗的候选细胞膜之一［115］。Deng 等［23］设计了NK 细胞膜仿生修饰的NPs，即NK-NPs，用于肿瘤免疫治疗，并最终在动物水平上获得预期的治疗效果。NK细胞膜使NK-NPs 在肿瘤中引发巨噬细胞向促炎性M1 巨噬细胞极化，从而产生细胞膜介导的免疫治疗。另外，装载在NK-NPs 中的TCPP 可以触发PDT 诱导免疫原性细胞死亡，并激活APC 和损伤相关的分子模式，提高NPs抵抗肿瘤的效率。

树突状细胞（dendritic cells，DC）在先天免疫中也起着重要作用［116-117］。迄今为止，DC 是哺乳动物中最重要的APC。基于DC 抗原呈递的作用，其可能在癌症免疫疗法中发挥重要作用［118］。最近Cheng等［119］通过细胞膜仿生技术开发了一种由DC 膜修饰的仿生纳米疫苗，即把DC 细胞膜修饰到负载白介素-2 的PLGA-NPs 上，开发出DC 细胞膜修饰的纳米粒（称为“微型DC”）。这种“微型DC”的纳米疫苗继承了DC 关键的膜蛋白，表现出抗原呈递和T细胞刺激的能力，并在体内和体外增强了T 细胞的活性。在卵巢癌小鼠模型中，与普通DC疫苗相比，“微型DC”对癌症表现出优异的预防和治疗功效，包括延迟肿瘤生长和减少的肿瘤转移的作用。这些发现表明，“微型DC”可以作为一种简便而有效的疫苗来增强抗癌免疫疗法。

Jiang 等［11］设计了一个表达共刺激标记CD80的工程化癌细胞系，使该细胞能够在免疫刺激的情况下呈递自身抗原。然后收集该工程化细胞的膜并将其包被在NPs表面，制备了细胞膜仿生修饰纳米系统，用于癌症免疫治疗。该仿生系统基于自然细胞的APC 与合成的纳米级APC 优势结合，具有促进多特异性T细胞活化的潜力。在体外和疾病动物模型中均表现出良好的抗癌作用，适合用于癌症个性化疗法。

4 总结与展望

细胞膜仿生修饰的纳米粒拥有细胞膜的独特功能，例如免疫逃逸、体内延长循环时间或肿瘤靶向，这有助于NPs 携带的药物有效积累于肿瘤部位，提高肿瘤治疗效果。本文探讨了CMBMNPs在肿瘤治疗领域的优势、常见的制备方法和表征检测方法，涉及的细胞膜来源细胞包括：RBC、PLT、癌细胞、干细胞、T细胞、巨噬细胞、NEs、DC、NK细胞等。其中巨噬细胞、NEs、DC和NK细胞作为免疫细胞，由这些细胞来源制备的CMBMNPs既可参与肿瘤靶向化疗，又可参与肿瘤光热诊疗和免疫治疗。T 细胞、PLT、干细胞和癌细胞因具有肿瘤趋向性，所以其膜仿生修饰纳米粒常用于肿瘤靶向化疗。RBC 作为一种可以逃避免疫清除的细胞，被广泛用于仿生修饰纳米粒进行肿瘤靶向化疗和光热诊疗。简言之，可以为特定的治疗方案选择合适的膜材料。另一方面，通过混合不同的细胞膜，将不同细胞膜的功能进一步整合于NPs中，能够使NPs在肿瘤治疗中发挥联合治疗的效果。

纳米粒的研究最终需要走向临床治疗，而稳定、高产率地获得细胞膜修饰纳米粒是一个具有挑战性的问题。比如宏量制备细胞膜仿生修饰的NPs，针对这一问题，需要稳定产能的大规模细胞培养技术，从而获得大量细胞膜来源。并且，目前的差速离心、裂解提取等细胞膜提取方法膜产率并不高，需要配套的工业化设备来实现，同时，研发高通量的细胞膜包被NPs技术也是解决工业化生产难题的道路之一。

CMBMNPs在肿瘤治疗方面已经显示极大的潜力和应用前景。然而肿瘤区域的完全穿透仍然是一个难题。尽管将一些肽或配体加载于细胞膜仿生修饰的NPs中可以增强它们的肿瘤穿透能力并有效杀死深层肿瘤细胞［120］。但受限于肿瘤微环境中升高的间质液压和致密的ECM，NPs 无法彻底穿透肿瘤区域［121］。同时，由于肿瘤环境的复杂性和不同肿瘤的各项特性，还需要研究适应于不同肿瘤和不同个体的个性化修饰和载药方案。另外，虽然目前已有许多研究表明，细胞膜仿生修饰的NPs在体内具有良好的生物相容性和对健康器官、组织、细胞较低的毒性，但它们对生物体的生物安全效应仍需要仔细研究。由于癌细胞膜修饰的纳米粒健康器官中仍然存在较多的富集，因此癌细胞膜包被纳米粒对健康器官的生物安全性需要进一步研究。并且CMBMNPs常在肝脏和脾脏中大量积累，使得这些脏器中存产生大量的巨噬细胞，巨噬细胞的吞噬作用又促使纳米药物进一步聚集在肝脏和脾脏中［122-124］。在未来的研究中应该进一步思考如何主动构建具有特定生物学功能的CMBMNPs，从而避免CMBMNPs 在健康器官中积累，并且提高其靶向于病变部位的能力，达到更高效的治疗效果。CMBMNPs的安全性是一个不容忽视的问题，需要研究者们进一步探索解决。

Table 1 Cell membrane biomimetic modification nanoparticles for tumor treatment表1 用于肿瘤治疗的细胞膜仿生修饰纳米粒

面向未来，随着各种新兴的仿生纳米技术的开发和成熟，细胞膜仿生修饰的NPs有望成为肿瘤治疗的重要手段，将对人类肿瘤治疗产生更多积极影响。