在国家自然科学基金项目(批准号：51833008, U1501243)等的资助下，浙江大学申有青教授团队与加州大学洛杉矶分校（UCLA）顾臻教授团队联合提出了纳米药物在肿瘤组织中主动渗透新机制，在此基础之上，研制出肿瘤高效渗透、高疗效的新型纳米药物，有望解决纳米药物在实体瘤中渗透难的瓶颈问题，并用多种动物模型验证了其在体内显著的抑瘤效果。研究成果以“Enzyme-Activatable Polymer-Drug Conjugate Augments Tumour Penetration and Treatment Efficacy” （新型酶响应型高效渗透、高疗效聚合物药物偶联物的构建）为题发表在Nature Nanotechnology（《自然·纳米技术》）杂志上。申有青、顾臻为共同通讯作者，浙江大学为第一单位。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-019-0485-z。本领域国际同行在同期《自然·纳米技术》杂志上为本文撰写了亮点推荐介绍（链接：https://www.nature.com/articles/s41565-019-0494-y）。
现在临床应用的抗肿瘤纳米药物能够降低药物毒副作用，但与负载的原药相比疗效并未显著提高。进一步设计载体以提高负载药物的治疗效果是目前药物输送领域亟待解决的关键问题，也是临床的迫切需求。EPR效应可使纳米药物被动富集于瘤内，但肿瘤组织致密的结构特点使纳米药物难以在瘤内渗透扩散开来到达血管远处的肿瘤细胞，导致疗效不理想，这也是众多新开发的纳米药物临床实验失败的重要原因。
针对上述问题，国内外研究者进行了大量的探索工作，如降低肿瘤组织密度、减小纳米药物尺寸以降低纳米药物在肿瘤组织中的渗透阻力、表面修饰可促进组织渗透的功能基团等，虽然能在一定程度上提高纳米药物在肿瘤组织中的渗透能力，但纳米药物在致密的肿瘤内依靠自身的扩散进行被动渗透的机理没有变，瘤内渗透扩散困难的“天然短板”依然存在。
在该项研究中，研究人员巧妙地利用了肿瘤内细胞密度高的特点、让它们“主动地”在细胞间传递纳米药物：即让细胞从一边吞噬纳米药物，然后从另一边将一些纳米药物排到细胞间液中（即胞吞转运作用），让邻层的细胞重复内吞和外排，从而实现不依赖扩散的纳米药物跨细胞传递，即“主动”肿瘤渗透。为此，研究人员利用肿瘤血管的内皮细胞上及血管附近肿瘤细胞高表达γ-谷氨酰转肽酶（GGT）的特点，设计合成了GGT响应的聚合物PBEAGA及其与化疗药物喜树碱（CPT）的偶联物PBEAGA-CPT。PBEAGA以离子对型的γ-谷氨酰基为侧基，因而具有高水溶性、电中性以及与金标准聚乙二醇（PEG）相当的长血液循环时间。到达肿瘤部位之后，细胞表面的GGT水解掉聚合物上的γ-谷氨酰基而产生胺基，使聚合物带上正电荷，促使血管表皮细胞或者肿瘤细胞快速内吞阳离子化的偶联物，进而触发胞吞作用和在肿瘤组织内的跨细胞传递（图a）。体内渗透实验表明，纳米药物经尾静脉注射十分钟后，PBEAGA-CPT的红色荧光就已经渗出肿瘤毛细血管并遍布整个肿瘤组织，不到一小时后整个肿瘤组织内的药物浓度就和肿瘤血管内的浓度相当（图b）。可见，这种依赖细胞耗能的内吞/外排的主动渗透策略能赋予纳米药物在实体瘤中快速渗透分布的能力。更进一步，研究人员用多种动物模型考察了PBEAGA-CPT在体内的抑瘤效果，结果表明，尾静脉注射的PBEAGA-CPT不仅能完全治愈起始体积为100立方毫米的小肿瘤，而且对于难以治疗的、已处于指数增长、达500立方毫米大肿瘤，尾静脉给药后肿瘤迅速萎缩至基本消失，停药半月后也未见明显反弹，抑瘤率高达98%。最后，研究人员还挑战了号称癌症之王的“胰腺癌”，建立了胰腺癌原位模型，发现与临床一线药物吉西他滨相比，PBEAGA-CPT可显著抑制肿瘤的生长，从而大大延长了实验小鼠的存活期。
这种化被动渗透为主动渗透的策略，使纳米药物避开了肿瘤组织致密微环境构成的天然生物屏障，克服了纳米药物扩散能力低的天然缺陷，有望解决纳米药物在肿瘤组织内渗透难的问题，为纳米药物的设计开辟了新的路径。
图.（a）PBEAGA-CPT在肿瘤组织中的主动渗透机理图；（b）激光共聚焦实时监测PBEAGA-CPT在肿瘤组织中的渗透情况