近日，武汉大学口腔医学院卜琳琳副教授、深圳湾实验室饶浪教授团队合作对细胞膜包被的纳米颗粒在口腔颅颌面疾病中的研究进展进行了综述。相关研究以“Cell Membrane-Coated Nanoparticles for Dental,Oral,and Craniofacial Diseases”发表在Research上。本综述系统总结了Cell Membrane-Coated Nanoparticles（CMCNPs）在口腔颅颌面部各类疾病的应用特点及应用现状，并汇总了目前CMCNPs在该领域存在的挑战和前景，为本技术在口腔颅颌面部各疾病的转化提供了参考。
Citation:Wang K, Li Z, Zhou K, Liu B, Rao L, Bu L. Cell Membrane-Coated Nanoparticles for Dental,Oral,and Craniofacial Diseases. Research. 2024; 7: Article 0478.
heeps://doi.org/10.34133/research.0478
研究背景
口腔颅颌面疾病具有极高的发病率，诸如头颈癌（head and neck cancer,HNC）、牙周炎等疾病会严重影响患者的生存质量，已成为一个紧迫的公共卫生问题。传统的纳米颗粒在递送药物上仍存在不足，诸如：血液循环半衰期较短、难以跨越生物屏障、持续流动的唾液对药物的附着产生了极大的冲刷力。利用细胞膜包被纳米颗粒的仿生纳米递送系统可以克服以上不足，能够很好地适应口腔颅颌面部特殊的用药环境，在抑制细菌、治疗神经性疼痛和头颈部肿瘤等方面具有独特的优势。
研究进展
CMCNPs是包被有天然来源的细胞膜的纳米颗粒，可以形成类似于细胞的壳核纳米结构。本文综述了目前CMCNPs在治疗口腔颅颌面疾病中存在的优势、制备技术以及具体应用场景。针对口腔颅颌面部复杂的用药需求，CMCNPs的应用可概括为三个方面（图1）：细菌抑制、神经源性疼痛抑制以及肿瘤抑制。通过细菌与CMCNPs之间的靶向性结合可以高效递送抗菌疫苗，同时具有抵抗口内的液体冲刷力的作用；通过抑制炎症微环境中的免疫细胞可以有效缓解神经源性疼痛；通过CMCNPs与传统化疗、光疗和免疫治疗结合可以有效抑制头颈肿瘤的同时减少毒副作用。
图1 CMCNPs在口腔颅颌面部疾病治疗中重要性
CMCNPs的制备流程可分为三步（图2）：分离和提纯细胞膜来源的囊泡、制作纳米颗粒、细胞膜来源的囊泡和纳米颗粒的融合。经过冻融循环及离心后，细胞质及细胞核即被去除。之后经过含有蛋白酶抑制剂的磷酸盐缓冲盐水洗涤、分散缓冲液中浓缩、聚碳酸酯膜的超音速处理和连续挤出后，即可获得大小均匀的细胞膜衍生囊泡。纳米颗粒的制备方法包括了水热法、电弧放电法、化学气相沉积法、化学氧化法、离子溅射法、激光热解法、溶胶-凝胶法、电沉积法、微乳化法等。根据制备材料，可以将纳米颗粒分为无机纳米颗粒和有机纳米颗粒，然而有机纳米颗粒易被分解，无机纳米颗粒生物相容性差。细胞膜包被技术则赋予纳米颗粒本身特性以外的更多能力：常规有机纳米颗粒在保证原有高穿透性的基础上更加稳定，不易分解；在光疗中具有优势的无机纳米颗粒则可获得更好的生物降解性。囊泡与纳米颗粒的融合技术包括：共挤出技术、超声处理技术、微流控电穿孔技术以及静电吸引促进的自发融合技术。其中共挤出技术因其可确保CMCNPs的大小均匀，并保留膜的生物活性，目前应用最为广泛。
图2.CMCNPs的制备流程
CMCNPs由于具有延长药物半衰期、增强靶向效果和改善药物生物相容性的特点而成为一种极具前途的靶向给药方式。在口腔颅颌面领域，除了应用于辅助头颈部肿瘤的化疗、光疗和免疫治疗外，CMCNPs还被用于治疗牙周病，检测唾液外泌体等（图3）。
图3 CMCNPs在口腔颅颌面领域的应用情况
CMCNPs在降低化疗药物毒性、耐药性等方面显示了巨大的潜力。用于头颈部肿瘤化疗的CMCNPs可根据细胞膜主要分为两类：肿瘤细胞膜和间充质干细胞膜。肿瘤细胞膜可以利用同源靶向技术，使载有化疗药物的纳米颗粒精确靶向肿瘤。间充质干细胞膜包被的纳米颗粒可通过CD47标记物介导的Mas通路实现免疫逃逸，并且间充质干细胞膜上的CXCR4、CXCR5和CX3CR1等趋化因子受体可引导CMCNPs向肿瘤和炎症部位移动。例如，Dr. Rao的团队利用患者来源的肿瘤细胞膜包被明胶纳米颗粒来递送顺铂，可以延长药物半衰期、实现药物同源靶向性、生物相容性（图4）。
图4 用于头颈部肿瘤化疗的CMCNPs
光疗具有微创、副作用小的优点，主要分为光热疗法和光动力疗法，然而光疗在治疗肿瘤时的效果有限。光疗纳米颗粒被树突细胞吞噬后会诱导细胞免疫原性细胞死亡，CMCNPs则可以实现光疗和免疫治疗的联合治疗来提高抗肿瘤疗效（图5）。如Dr. Wu的团队利用癌细胞膜包被的Au@碳核壳纳米颗粒靶向肿瘤，同时Au纳米颗粒介导光热治疗诱导免疫原性死亡。
图5 用于头颈部肿瘤光疗的CMCNPs
免疫疗法可通过重新激活免疫反应来抵御癌细胞的免疫逃逸（图6）。常用的免疫疗法包括通过将免疫检查点抑制剂与免疫检查点蛋白联合应用来恢复T淋巴细胞的功能，并在体外修饰T淋巴细胞以产生特异性抗肿瘤反应性。淋巴管转移是头颈部鳞状细胞癌发生和发展的重要过程，癌细胞膜包被的纳米颗粒可同源靶向淋巴管和淋巴结中的循环肿瘤细胞，显著抑制肿瘤细胞的转移。
图6 用于头颈部肿瘤免疫治疗的CMCNPs
牙周病的发生涉及口腔细菌抗原或病毒DNA/RNA/肽在免疫细胞Toll样受体上的附着，从而激活免疫反应。然而，长期的炎症反应会诱发T淋巴细胞和B淋巴细胞失衡，导致免疫缺陷。CMCNPs可以通过免疫调节、靶向致病菌、清除炎症因子等多重机制杀灭细菌、抑制炎症，从而缓解牙周炎（图7）。此外还可以使用细胞或细胞膜来包裹纳米类毒素，构建细菌感染类毒素疫苗，以协助克服牙周炎常见的致病菌。
图7 用于牙周病治疗的CMCNPs
未来展望
CMCNPs在治疗口腔颅颌面疾病方面具有极大的应用潜力，尤其是在延长药物半衰期和提高药物靶向性方面。然而，该技术在口腔颅颌面领域的应用仍面临许多不足，可以从以下三个方面努力（图8）：
1、实现标准化生产：制定统一的标准化生产指南和评价标准，优化生产技术，建立易于获得的细胞膜库，降低生产成本。此为推进CMCNPs临床应用的关键。
2、扩展CMCNPs在口腔颅颌面部疾病的应用方向：开发除头颈癌和牙周病以外的应用潜能，例如靶向神经周围免疫环境来治疗牙髓炎、种植体周围炎等。
3、开展大规模临床实验以促进临床转化：目前的研究多聚焦于动物实验，然而药物在不同物种体内的效果相差较大，应开展大规模临床实验检测CMCNPs的生物安全性并确定用药剂量。尽管目前实现CMCNPs的临床转化任重而道远，随着这项技术的成熟，它有可能为增强人类口腔颅颌面健康做出重大贡献。
图8 CMCNPs在口腔颅颌面部未来的发展方向
作者简介
卜琳琳，武汉大学口腔医（学）院，口腔颌面-头颈肿瘤外科，副教授，副主任医师，研究生导师，入选武汉市中青年医学骨干人才，湖北省医学青年拔尖人才（第一层次）。中国抗癌协会头颈整合委员会委员，中华医学会口腔颌面头颈肿瘤专委会青年委员。曾获“邱蔚六口腔颌面外科希望奖”，武汉大学“朱裕璧医学奖”，湖北省自然科学二等奖，全国口腔颌面-头颈肿瘤大会“最佳青年医师”奖，湖北省百篇优秀科技论文等。领域聚焦：口腔颌面肿瘤切除及整复(首次引入“Less is More”的切除及整复理念)；口腔癌淋巴结转移（首次提出淋巴结转移“PUMP+”原则）；医工结合仿生递送平台构建；创新头颈外科教学方法（首次提出“PRI-E”教学模式）等。主持国家省部级课题9项。发表SCI论文第一及通讯作者62篇，包括Research, Journal of Dental Research, Cancer Letters, International Journal of Surgery, npj Flexible Electronics, Seminars in Cancer Biology, Angew Chem Inted,Advanced Functional Materials, Small, Biomaterials, Journal of Nanobiotechnology, Nano Research, Journal of Extracellular Vesicles, Journal of Controlled Release等专业领域顶级期刊。受邀担任Journal of Nanobiotechnology, BMC Medical Education（教育学Q1）客座主编，受邀主编英文专著2本，参编3本英文专著章节，已授权发明专利2项。
饶浪，深圳湾实验室特聘研究员、独立课题组长，国家优青。2013年获得武汉大学理学学士学位，2018年获得武汉大学工学博士学位，2018-2020年分别在美国德克萨斯大学西南医学中心和美国国立卫生研究院从事博士后研究，2020年10月入职深圳湾实验室开展独立研究工作。围绕如何提高免疫治疗的有效性与安全性这一关键科学问题，以细胞膜外囊泡是机体免疫调节的重要媒介作为切入点，深入探索了细胞膜囊泡的免疫学效应，并基于此进行结构设计与性能优化，构建了系列免疫工程化细胞膜纳米囊泡，为基于生物衍生材料的调控免疫反应，进而实现肿瘤、新冠肺炎等重大疾病的安全有效治疗，提供了新的研究思路。发表科技论文70余篇，发表于Chem. Soc. Rev.、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊，共被引用6000余次。担任J. Nanobiotechnol.、APL Bioeng.客座编辑，Research、Exploration、BME Front.、Asian J.Pharm.Sci. 青年编委。获基金委优青、面上等项目资助，入选深圳市海外高层次人才计划，获深圳市五一劳动奖章、Biomaterials Future Scientist Award等荣誉。
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