奈米藥物以奈米載體為運送藥物的媒介，目的是保護藥物、提高藥物遞送的效率和專一性，待藥物抵達目標器官或組織後再發揮作用。但根據統計，奈米藥物在注射後真正到達目標組織的比例極低，若以腫瘤奈米藥物為例，約只有注射劑量的0.7%，因為大部分的藥物都因進入肝臟和脾臟的網狀內皮系統（reticuloendothelial system）而被清除 [1]。為了解決這個問題，美國賓州大學的學者研發了 DART（Dual Affinity to RBCs and Target Cells）技術，將抗體連結到微脂體上（以下簡稱為 DART 微脂體），讓藥物搭紅血球的便車，再到肺泡微血管下車，提升了藥物遞送的效率。
在過去，紅血球搭便車的做法是讓奈米載體和紅血球在體外混合後被動式地吸附到紅血球上，接著注射至血液裡，奈米載體就會被帶到注射點下游最先遇到的器官 [2, 3]。但現在，如圖一所示，研究團隊在微脂體外多接了兩種抗體，一種是能和紅血球結合的血型糖蛋白（glycophorin）A 抗體，讓微脂體能順利和紅血球結合，搭上便車；另一種是能和肺泡微血管內皮細胞結合的血小板內皮細胞粘附分子（PECAM）抗體或細胞間黏附分子（ICAM）抗體，能在微脂體來到肺臟（靜脈注射的第一個下游器官）時因為和內皮細胞的作用而脫離紅血球，進而下車。經由流式細胞儀分析後，也證實相比於過去單純的紅血球搭便車，使用血型糖蛋白 A 抗體能讓和微脂體結合的紅血球數量增加（圖二 A），紅血球上的微脂體螢光訊號也增加為 43 倍（圖二 B）。
圖一，DART 微脂體之組成。RBC：紅血球；EC：內皮細胞。 圖片來源：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11374
接下來，研究團隊使用同位素分別標定微脂體和紅血球，更仔細地以小鼠分析奈米載體從紅血球下車的狀況。和其他兩種微脂體相比，DART 微脂體在肺臟的訊號更高（圖二 C），且在肺臟的訊號也比具網狀內皮系統的肝臟和脾臟高（圖二 E）。而注射進去的紅血球在肺部和血液中的分佈，在各組之間則無顯著差異，表示結合了微脂體的的紅血球仍能在小鼠體內正常循環，不會滯留在肺部（圖二 D）。綜上所述，DART 微脂體能更有效率地從紅血球轉移到肺部，並且不會造成血栓的副作用。
除了小鼠模型之外，研究團隊也用人類的肺部來驗證 DART 微脂體的藥物遞送效果。做法是將分離出來的肺臟進行進氣與灌流，以維持功能，再將與 DART 微脂體混合好的紅血球從肺動脈注射進去（圖二 F、G）。結果顯示，注射的 DART 微脂體約有 30% 留在肺部，接近紅血球的兩倍（圖二 H），代表在此技術能將藥物送進人類的肺部。
圖二，DART 微脂體之作用分析。A，紅血球與 DART 微脂體 （DT-RH） 或對照組結合後以流式細胞儀分析。B，將圖 A 中 M1 區間的細胞螢光訊號進行量化。C，以 125I 標定抗體，將帶不同抗體之微脂體與紅血球混合後注射小鼠，分析血液和肺中的微脂體分佈狀況。D，以 51Cr 標定紅血球，將帶不同抗體之微脂體與紅血球混合後注射小鼠，分析血液和肺中的紅血球分佈狀況。E，承 C 和 D 之做法，分析血液和各器官裡，微脂體和紅血球的分佈狀況。F、G，人體肺臟之體外循環裝置示意圖。H，將 DART 微脂體與紅血球混合後注射至肺動脈，分析兩者留在肺部裡的比例。ET（endothelial targeted liposome）：微脂體上接有能和內皮細胞結合的抗體；RT（RBC targeted liposome）：微脂體上接有能和紅血球結合的抗體；DT（dual targeted liposome）：微脂體上接有能和內皮細胞、紅血球結合的抗體；RH（RBC-hitchhiking）：將微脂體與紅血球混合所形成的複合物。 圖片來源：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11374
最後，研究團隊也探討了 DART 微脂體的細胞專一性，檢驗微脂體是否除了和肺微血管內皮細胞結合以外，也會和附近的白血球結合。他們以流式細胞儀和免疫組織染色分析肺部上述兩類細胞的微脂體螢光訊號（圖三 A、B、C），結果顯示，不帶 DART 的微脂體和這兩類細胞的結合率分別是內皮細胞 4%、白血球 12%，但 DART 微脂體的結合率則是內皮細胞 85%、白血球 45%（圖三 D）。結果也顯示，DART 雖然會同時增加微脂體和這兩類細胞的結合，但內皮細胞增加的比例為白血球的 5.7 倍（圖三 E），表示 DART 微脂體對目標細胞有更好的專一性。
綜合上述成果，和過去只靠被動式吸附的紅血球搭便車模式比起來，DART 技術提高了紅血球搭便車的效率，且無論在器官還是細胞層次都能提高藥物遞送的比例。未來，DART 也可依需求更換抗體，將不同的藥物遞送到不同的器官和細胞。
圖三，DART 能提升將藥物遞送至特定細胞的專一性。A、B，以 CD31 和 CD45 區分內皮細胞和白血球，並分析其所帶的 DART 微脂體螢光訊號。C，免疫螢光染色分析 DART 微脂體、血管內皮和白血球在小鼠肺臟的分佈。D，以流逝細胞儀分析，比較有無 DART 的微脂體和內皮細胞、白血球的結合比例。E，以圖 D 的數據計算出DART 讓微脂體和這兩類細胞結合增加的相對比例。DT（dual targeted liposome）：微脂體上接有能和內皮細胞、紅血球結合的抗體。RH（RBC-hitchhiking）：將微脂體與紅血球混合所形成的複合物。 圖片來源：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11374
Main article:
Ferguson, L. T., Hood, E. D., Shuvaeva, T., Shuvaev, V. V., Basil, M. C., Wang, Z., Nong, J., Ma, X., Wu, J., Myerson, J. W., Marcos-Contreras, O. A., Katzen, J., Carl, J. M., Morrisey, E. E., Cantu, E., Villa, C. H., Mitragotri, S., Muzykantov, V. R., & Brenner, J. S. (2022). Dual Affinity to RBCs and Target Cells (DART) Enhances Both Organ- and Cell Type-Targeting of Intravascular Nanocarriers. ACS nano, 16(3), 4666–4683. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11374
參考文獻：
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- Anselmo, A. C., Gupta, V., Zern, B. J., Pan, D., Zakrewsky, M., Muzykantov, V., & Mitragotri, S. (2013). Delivering nanoparticles to lungs while avoiding liver and spleen through adsorption on red blood cells. ACS nano, 7(12), 11129–11137. https://doi.org/10.1021/nn404853z
- Brenner, J. S., Pan, D. C., Myerson, J. W., Marcos-Contreras, O. A., Villa, C. H., Patel, P., Hekierski, H., Chatterjee, S., Tao, J. Q., Parhiz, H., Bhamidipati, K., Uhler, T. G., Hood, E. D., Kiseleva, R. Y., Shuvaev, V. S., Shuvaeva, T., Khoshnejad, M., Johnston, I., Gregory, J. V., Lahann, J., … Muzykantov, V. (2018). Red blood cell-hitchhiking boosts delivery of nanocarriers to chosen organs by orders of magnitude. Nature communications, 9(1), 2684. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05079-7
撰文 | 陳柔含
審稿 | 葉國掄
