生物、医药和医疗器械技术

临床上，引发缺血性脑卒中最主要的原因是血管栓塞，目前针对缺血性脑卒中患者的溶栓方法有组织纤溶酶原激活剂(tPA)溶栓和机械清除血栓。随着科技的发展，临床上开始使用介入治疗，利用微创手术，取出患者脑内的血栓。但是，当对脑部栓塞部位恢复血流之后，会引起神经细胞大量的钙离子内流，引发胞内过量的自由基产生，增加血脑屏障（Blood Brain Barrier，BBB) 的通透性，血液中大量毒性物质进入脑组织内，引发二次性神经损伤。这种损伤也被称为缺血再灌注 (Ischemia Reperfusion，IR) 损伤。临床上面对这种神经损伤，只能使用大量的抗氧化剂和激素。除此之外，一旦患者栓塞的时间超过 6h，脑内缺血血管坏死，则不能对患者进行溶栓。只能依靠脑内侧枝循环建立进行恢复，但这可能会依赖于患者体质而有较大区别，部分患者可能会造成终身残疾。尽管缺血后的溶栓治疗很重要，却很容易造成再灌注损伤。面对再灌注引起的氧化应激，炎症因子“瀑布”式爆发，目前临床上没有较为有效的治疗手段。所以，克服当前药物的局限性，开发出用于缺血性脑卒中患者溶栓过程的辅助药物，保护缺血再灌注损伤刻不容缓。 铁是人体中含量最为丰富的微量元素，广泛参与机体生化反应，生长发育和神经递质的合成。之前研究发现，缺血性脑卒中患者脑内出现明显的铁沉积现象。脑缺血再灌注小鼠模型的缺血侧脑组织游离铁和铁蛋白的水平均显著升高。过多的铁在脑组织中会通过Fenton 反应，生成大量的自由基，破坏神经细胞的 DNA、RNA 和蛋白质的结构，造成神经细胞的凋亡。已有研究报道，在脑 IR 模型中，降低脑铁摄取或者螯合脑中的铁都会减轻再灌注损伤，抑制脂质过氧化，减轻神经元的坏死情况。 作为常见的铁螯合剂之一，去铁胺（Desferrioxamine, DFO）具有快速螯合机体中的铁，且不会争夺血细胞中血红蛋白铁的特点，已在临床上广泛用于铁中毒治疗。但 DFO半衰期短，不易跨过 BBB，很难用于中枢神经系统铁过载的治疗。我们的研究发现，给予脑 IR 模型小鼠DFO可以减轻由于再灌注造成脑内损伤，但保护效率还有待进一步提高。由于 DFO本身不具备靶向能力，如果想达到理想的治疗效果，需要大量使用，如此将可能会对机体其他组织和器官造成不利的影响。所以，如何提高药物的利用效率，使其具备靶向性，控制药物的使用剂量，成为降低缺血再灌注造成神经损伤的关键。 目前，已有人探索用不同的药物载体装载小分子化学药物来治疗神经系统相关疾病，有些已经取得了较好的结果。脂质体是目前常用的药物载体，由于其具备类细胞膜结构的特征，可以包载水溶性和脂溶性药物，有些脂质体药物如紫杉醇脂质体、盐酸多柔比星脂质体注射液等已经得到了临床应用。我们前期成功制备纳米铁脂质体，通过喷鼻给药途径，能够明显提高对脑铁的补充效率，还可以有效防止运动性贫血的血铁水平降低。制备的纳米番茄红素脂质体，显著提高了番茄红素向脑内的转运效率，对大鼠脑缺血再灌注损伤具有明显的保护作用。针对生物膜具有相容性的特点，人们开始利用生物膜囊泡作为纳米药物载体，将药物递送至相应的区域。由于血小板本身生理特点，易和血管内皮粘附，凝固血液，形成血栓，因此血小板具备天然靶向血栓部位的特点。同时血小板表面含有某些特定的蛋白分子，使其具备免疫逃逸能力。上述的研究成果为本项目设计制备高效跨血脑屏障转运、靶向缺血受损区的溶栓辅助药物带来了希望。本项目中，我们将血小板膜高效的从血小板中分离出来，既保留血小板膜的靶向性和免疫逃逸能力，又不会进一步引起血栓，然后用其装载药物，可达到安全、精准靶向缺血区，防止在递送过程中被机体免疫系统识别的效果。我们通过融合血小板膜构建包载铁螯合剂 DFO的纳米脂质体，利用血小板的天然靶向能力将其递送至脑 IR 损伤处，将包载的药物精准缓慢的释放在损伤处，从而缓解脑内由于IR 造成的自由铁，自由基和炎症因子大量升高的情况，保护受损处神经细胞的功能。根据本研究室多年的研究成果，首次将靶向祛铁治疗手段应用于脑卒中的再灌注损伤，纳米药物的设计有效的增强靶向区域药物浓度，增加溶栓时间窗，降低溶栓后脑组织的损伤程度，减少药物本身的副作用。

在过去的30年里，中国的脑卒中患病率逐年增加。尤其是近些年高血压、高血脂、糖尿病、吸烟等人群数量的增多，我国40—74岁人群卒中发病率平均每年增长超过了8%。秦岭淮河线以北地区脑卒中患病率要高于以南地区。其中以北地区中部的脑卒中的年发病率和死亡率尤为突出。缺血性脑卒中占脑卒中患者的 87%，对于这些患者来说，溶栓是最有效的治疗手段。但目前用于溶栓过程的可选辅助用药相当有限，并且效果不甚理想。因此，开发机制明确、效果显著的溶栓辅助用药十分必要，市场前景将十分广阔。河北省是全国的药物制造大省。石药集团、 华北制药和以岭药业等均为我国的著名药企。尤其是在脑卒中治疗药物方面，具备一定优势。如石药的国家一类新药丁苯酞，在国内外享有很高声誉，为我省创造了显著的经济效益。但丁苯酞主打急性缺血性脑卒中患者神经功能缺损的改善，高效的溶栓辅助用药仍然是我省制药领域的短板，限制了我省在脑卒中药物生产领域的布局。另外，我省药企生产的多种药品还通过化学合成方法进行，极易造成环境的污染，不符合我省“绿色崛起”的发展方向。纳米技术应用于现有药物的改造，可以在保证疾病治疗效果的基础上，更省，更快，更安全的发挥药效，进而使得药物使用剂量显著减少，副作用大大降低，药物的安全性明显提高，有利于药企由单纯的制造转型为具有可以生产高科技含量药物的升级。更有利于解决我省建设“三个河北”中面临的科技问题。国家卫健委最新发布的统计数据显示，我国卒中患病总人数超过2800万，八成患者的卒中类型为缺血性脑卒中，需要溶栓治疗，但是溶栓治疗的窗口期很短，一旦错过时间溶栓后血液再灌注损伤巨大。如果我们项目开发的药物因安全、精准、增加时间窗、降低溶栓后遗症等优点成功走上临床将带来不亚于目前临床常用的溶栓药物所能带来的巨大经济效益。根据目前临床常用溶栓药物的市场销售额估算，我们项目的药物销售额可能达到近百亿。