前言：

靶向藥物遞送系統（Targeted Drug Delivery Systems, TDDS）指的是通過物理、化學或生物學手段，將藥物特異性導向靶組織、靶細胞甚至胞內特定細胞器的技術策略。根據作用機制的不同，可分為被動靶向（Passive Targeting）與主動靶向（Active Targeting）。被動靶向主要依賴于病理組織的結構或功能異常，如腫瘤血管系統的異常通透性；主動靶向則通過藥物載體表面的配體與靶組織表面受體特異結合，實現高親和力和選擇性的定位。此外，根據靶點的不同，靶向策略可以細分為受體介導靶向、酶響應型靶向、以及對腫瘤/病灶微環境具有響應性的“微環境靶向”。

靶點的選擇是靶向遞藥系統設計的首要前提。靶向策略通?；诓±斫M織中特異性表達或過表達的生物標志物（biomarkers），通過靶向配體與其結合實現選擇性遞送。

• 腫瘤相關靶點：腫瘤細胞通常會高表達某些受體或抗原，如CD47（整合素相關蛋白（IAP）、HER2（人表皮生長因子受體2）、EGFR（表皮生長因子受體）、整合素αvβ3等。利用這些靶點設計的配體，如抗HER2單抗（如曲妥珠單抗）、RGD肽（識別整合素），可以顯著增強納米載體對腫瘤細胞的親和性，實現主動靶向（圖1）

圖1. 腫瘤微環境中的遞送途徑和靶點[1]

• 中樞神經系統靶點：針對腦部疾病的靶向遞藥需要跨越血腦屏障（BBB）。常見策略包括利用轉鐵蛋白受體（TfR）、低密度脂蛋白受體相關蛋白1（LRP1）等介導轉運的分子，設計相應配體（如Tf、Angiopep-2）促進藥物穿越BBB。

理想的靶向遞送系統應具備良好的生物相容性、可控釋放性、靶向性及組織穿透能力。目前廣泛應用的載體系統主要包括以下幾類：納米粒子（NPs）、脂質體（Liposomes）、聚合物膠束（Polymeric Micelles）、蛋白質/多肽類載體、外泌體（Exosomes）。

現代靶向系統往往結合疾病微環境特征，實現“智能”響應釋放，提高靶點激活的空間與時間特異性。主要分為以下幾類：pH響應系統、氧化還原響應系統、酶解響應系統。

同時，為增強靶向藥物遞送系統的特異性識別能力與整體穩定性，研究人員常通過化學或物理方式對載體表面進行功能化修飾，引入具有靶向識別能力的配體，實現對特定細胞或微環境的精準結合與富集[2]。常用的靶向配體類型包括：抗體類（如Trastuzumab單克隆抗體、Fab抗體片段）、肽類（如RGD、Angiopep-2、TAT肽）、糖類、小分子配體、核酸適配體（如AS1411 aptamer，靶向Nucleolin（核仁素）。

在修飾策略方面，常見的方法包括共價偶聯（如點擊化學、EDC/NHS反應），可實現穩定持久的配體連接；非共價吸附（如靜電吸附、疏水作用），便于快速構建與后期修飾；以及基于生物素-親和素系統的可逆連接方式，具備高親和力、可控裝載及功能模塊切換等優勢，為靶向載體的智能化與多功能化提供了技術基礎。

1.靶向藥物遞送的關鍵實驗技術體系

靶向藥物遞送系統的研發和驗證依賴于一系列高度集成的實驗技術體系，涵蓋從納米載體構建、體外模擬模型建立，到體內成像分析及藥效安全性評估等多個環節。這些技術不僅決定了遞送系統的功能性與穩定性，也對其機制闡釋與臨床轉化價值起著至關重要的作用。

其中常見技術手段包括：電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）、載體構建與表征技術、紫外-可見光譜（UV-Vis）、高效液相色譜（HPLC）或質譜（MS）、蛋白質組與代謝組學等分析技術等。

實時單細胞多功能分析儀為靶向藥物遞送研究帶來了革命性的技術支持。相比傳統群體水平、靜態終點的檢測方式，該儀器能夠在單細胞、亞細胞水平上實現連續動態的原位檢測，從而更真實、全面地反映藥物遞送系統的行為及生物效應。

2.實時單細胞多功能分析技術優勢

• 實時動態監測，突破“靜態終點”

限制實時單細胞多功能分析儀能夠對細胞內的關鍵生化指標（如ATP、乳酸、Ca2?、K?等）進行秒級以下的連續動態記錄，使得研究人員可以精準捕捉藥物攝取、載體釋放、信號激活等多個階段的變化規律，真正實現“過程可視化”。 

• 單細胞分辨率，揭示細胞群體內異質性

實時單細胞多功能分析儀可以精確地在單細胞層面獲取每一個細胞的狀態和藥物響應數據，從而識別出“響應型亞群”、“耐藥細胞亞群”甚至“潛伏型細胞亞群”。通過這些數據，研究人員可以更有針對性地篩選靶點、優化遞送策略，并開發個性化精準治療方案，真正體現“細胞分辨率精準醫學”的理念。

• 亞細胞水平原位分析，精確定位作用靶點

實時單細胞多功能分析儀可在不破壞細胞完整性的前提下，原位檢測胞質、胞核或特定胞器中的小分子濃度及酶活性，實現對藥物亞細胞遞送路徑的精細解析。例如，可監測載體是否成功逃逸溶酶體、是否進入線粒體發揮毒性作用，為設計更高效的遞送系統提供可靠依據。

• 微量樣本處理，適用于稀有或臨床來源樣本

實時單細胞多功能分析儀支持在低樣本量下完成定量檢測，特別適用于難獲取的腫瘤組織、腦組織等珍貴樣本。這一特性極大拓展了其在轉化醫學、個體化治療建模、稀有疾病研究中的應用場景。

3.實時單細胞多功能分析儀在靶向藥物遞送領域的應用場景

• 藥物攝取與亞細胞遞送路徑的可視化與解析

實時單細胞多功能分析儀可實現對載體進入細胞后的動態追蹤，包括內吞途徑、穿膜機制、胞器定位及釋放動力學等。通過熒光標記載體（如FITC-脂質體）與亞細胞定位探針（如MitoTracker、LysoTracker）聯合使用，可獲得載體在胞質、胞核或線粒體的動態遷移信息，為解析藥物釋放路徑與靶向部位提供了精確依據。此外，系統還能實現對單個活細胞進行定量提取，獲取其胞質或細胞器成分，用于后續質譜分析，從而結合蛋白質組、代謝組學手段構建完整的“遞送-作用-響應”因果鏈。

• 實時代謝變化與藥效反應的定量評估

實時單細胞多功能分析儀通過檢測多個關鍵代謝參數（如ATP、乳酸、鈣離子濃度和胞內pH值）以及酶活性變化（如乳酸脫氫酶和鞘磷脂酶），為評估藥效的起效時間及作用機制提供了重要手段。例如，在藥物刺激后，ATP濃度下降與乳酸濃度升高可提示細胞能量代謝受擾或發生凋亡，而鈣離子濃度升高則可能反映細胞應激反應或膜通透性變化。此外，該系統還可實時捕捉藥物作用下的酶活性變化過程，如在抗腫瘤藥物誘導的線粒體通路凋亡中，監測細胞色素C的釋放及下游酶的激活，助力精準界定藥效窗口期。同時，該儀器還可用于解析不同遞送載體對活性氧（ROS）生成的動態影響，進而評價納米材料等遞送系統的潛在生物毒性，為靶向藥物遞送策略的優化提供功能性參考依據。

• 單細胞平臺用于納米載體篩選

實時單細胞多功能分析儀通過非破壞性的單細胞分辨率測量，能夠多指標分析納米載體在細胞內的攝取量、胞內定位、釋放動力學、代謝響應等多項關鍵指標。該平臺尤其適用于靶向遞藥系統的早期開發階段，有助于節省大量實驗周期和成本，提高成功率。

4.實時單細胞多功能分析儀在藥物遞送最新應用案例回顧

案例一：Advanced Materials ( IF 27.4 )  “重組角蛋白模塊化微針”, 讓腫瘤術后傷口愈合及抗癌同步進行

2025年2月，來自西南大學的李翀教授團隊在材料領域頂尖期刊Advanced Materials（IF 27.4）上發表了題為“An Integrated Modular Vaccination System for Spatiotemporally Separated Perioperative Cancer Immunotherapy”的文章。該文章主要探討了一種集成模塊化疫苗接種系統，旨在改善圍手術期癌癥免疫治療的效果。在此，作者報道了一種由工程化角蛋白制備的模塊化微針，該微針負載有個性化抗腫瘤疫苗——癌細胞（CM）膜包被的AS01 脂質體（CLPs），它能夠在空間和時間上將免疫細胞活化所需的免疫治療微環境與傷口愈合微環境區分開來。

在本研究中，作者基于瑞明生物的實時單細胞多功能分析儀，在體外單細胞水平上直觀地驗證了負載有個性化抗腫瘤疫苗——癌細胞（CM）膜包被的AS01 脂質體（CLPs）的微針可被樹突狀細胞（DCs）靶向并攝取，為基于SRK84-T 的針根層招募DC 以最大化免疫治療效果提供基礎理論支撐。

案例二：Nat. Commun.: 基于小檗堿的可電離脂質用于核酸治療藥物的自身結構穩定及腦靶向遞送

圖3. bEnd.3 細胞中的活性氧水平。處理 2 小時、12 小時和 24 小時后的活性氧水平。數據以平均值 ± 標準差（n = 20 獨立實驗）表示。統計學顯著性通過雙側非配對 Student's t 檢驗確定；****P < 0.0001。

案例三：Nat. Commun. 變構靶向遞送系統破解血腦屏障穿透難題

2025年4月，西南大學藥學院李翀團隊在Nature Communications上在線發表題為“Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions”的研究論文。該研究基于變構識別的理念構建了一個藥物遞送平臺，利用膜蛋白（如胰島素受體和整合素αvαvβ3）的跨膜結構域（TMD）作為識別位點，并探索了其在腦部疾病治療中的潛在應用。

在本研究中，作者使用膜結合的基質金屬蛋白酶14（MT1-MMP/MMP14）來切割BMECs 中 IR 的胞外結構域，以構建缺乏IR 胞外結構域的細胞模型。使用實時單細胞多功能分析儀測量細胞表面胰島素受體α亞基（IR-α）的表達，結果顯示，經MMP14 處理后的細胞中IR-α 的表達量降低了23.56 倍，這與蛋白質印跡結果一致。與正常BMECs 相比，缺乏IR-α 的 BMECs 對 IEP-Lips 的攝取顯著受到抑制（p < 0.05），但對PEG-ITP-Lip 的攝取沒有顯著差異（p > 0.05）。這些發現進一步證明了ITP 的變構靶向位點是IR 跨膜結構域（TMD）。

圖4I. 用于測定經或未經基質金屬蛋白酶14（MMP14）處理的BMEC 中 IR-α 表達水平的實時單細胞多功能分析儀的快照圖像。比例尺= 20 μm。m 通過實時單細胞多模態分析儀測定經或未經MMP14 處理的BMEC 表面IR-α的表達水平。（F：細胞膜表面IR-α 的熒光強度；F0：培養皿的背景熒光強度）

5.小結

盡管目前已有諸多遞送系統和策略進入臨床試驗階段，但從實驗室到臨床的轉化依然面臨諸多挑戰，包括穿透屏障效率不足、個體差異帶來的治療反應不確定性、藥效與毒性評估手段滯后等問題。在這一背景下，實時單細胞多功能分析儀的出現，為靶向藥物遞送研究提供了前所未有的單細胞動態分析平臺。該系統不僅實現了從單細胞到亞細胞水平的精確監測，更通過多指標同步檢測、實時追蹤等技術手段，極大豐富了藥物作用效果、機制及毒性的解析手段，突破了傳統檢測技術“平均、靜態、終點”式觀察的局限。

感謝西南大學藥學院唐忠捷博士為本文提供的支持

參考文獻

[1] Manzari M T, Shamay Y, Kiguchi H, et al. Targeted drug delivery strategies for precision medicines[J]. Nature Reviews Materials, 2021, 6(4):351-370.

[2] Vargason A M, Anselmo A CMitragotri S The evolution of commercial drug delivery technologies[J]. Nature biomedical engineering, 2021, 5(9):951-967.

[3] Feiyan Gao, Chong Li, et al. An Integrated Modular Vaccination System for Spatiotemporally Separated Perioperative Cancer Immunotherapy. Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2025-02-11 , DOI: 10.1002/adma.202418322

[4] Xufei Bian, Zhi-Hong Jiang, Chong Li, et al. Berberine-inspired ionizable lipid for self-structure stabilization and brain targeting delivery of nucleic acid therapeutics. Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2025-03-10 , DOI: 10.1038/s41467-025-57488-0

[5] Kaicheng Tang, Chong Li, et. al. Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions. Nature Communications (IF 14.7) Pub Date : 2025-04-10 , DOI:10.1038/s41467-025-58746-x