一切都在传递中——纳米颗粒平台可以改变医疗

Optimeos Life Sciences是由普林斯顿大学(Princeton University)的两名教员创办的一家初创公司。该公司已与六家制药公司达成协议,将利用普林斯顿开发的药物递送技术开发治疗方法。这种合作有可能提高从癌症到糖尿病等各种疾病的药物治疗效果。

Optimeos于2016年由化学和生物工程教授Robert Prud ‘homme和工程教育和电气工程创新凯勒中心(Keller Center for Innovation in engineering Education and electrical engineering)的教员Shahram Hejazi共同创立,专注于将Prud ‘homme实验室15年来开发的技术推向市场。该技术被称为flash纳米沉淀,它可以将药物封装成纳米颗粒,从而提高药物的传输效率和有效性。

3D rendering of a nanoparticle

Optimeos是由普林斯顿大学的两名教师创办的初创公司,该公司与制药公司达成协议,将把纳米级的药物输送系统推向市场。该系统由Robert Prud ‘homme的实验室开发,是一种将药物送到体内或细胞内部精确位置的载体,用于治疗各种疾病,包括癌症和糖尿病。这是一位艺术家对Optimeos纳米颗粒系统的渲染图。

这个新项目扩大了这项技术的影响,这项技术已经在比尔和梅琳达·盖茨基金会(Bill and Melinda Gates Foundation)的一个项目中得到了应用。该基金会在2016年向Prud’homme的实验室拨款120万美元,用于应用他们的技术,提高用于全球健康的药物的有效性。全球健康问题的解决方案必须是低成本和健壮的,而flash纳米沉淀过程是两者兼而有之。这种方法已经应用于盖茨基金会赞助的三种药物。第一种是治疗婴儿因饮用受污染的水而引起的腹泻的药物,第二种是治疗肺结核的药物,第三种是治疗疟疾的单剂量药物。

Optimeos的新协议包括为六种不同的药物创建改进的交付方法。由于合资企业的所有权性质,这六家生物制药公司的名称目前尚未披露。项目的主要适应症有免疫肿瘤、自身免疫性疾病、糖尿病、中枢神经系统疾病、眼病等。

新一代技术

这些新项目解决了与盖茨基金会相反的一组约束。盖茨的目标是服用那些通常在体内溶解性较差的药物,因为它们是防水的,并利用输送系统来增加吸收。这些项目还需要配方便宜,不受高湿度和其他极端储存条件的影响。相比之下,与Optimeos合作的制药公司需要提供高可溶性生物制剂的方法——这是一类治疗药物,包括蛋白质、多肽和核酸。生物制品的结构复杂性使其具有更高的效力和更强的特异性,从而减少了副作用。然而,生物制剂需要通过频繁的注射来传递,而且它们的活性仅限于单个细胞外的靶点,除非使用复杂的药物配方。

赫贾兹说:“治疗学的未来是一种强有力的生物药物,其中许多药物在运送方面面临挑战,比如需要将多少药物运送到身体的确切位置,同时尽量减少副作用。”

Optimeos正在克服生物制品的局限,将它们封装到精心设计的纳米颗粒中,这些纳米颗粒比一个红细胞小10倍,或封装到更大的微粒中,这些微粒大约是人类头发的宽度。到目前为止,这种粒子很难以可再生和可扩展的方式制造。

为了制造这些粒子,Optimeos首先制造出初级纳米粒子,其中充满药物的核心被一层特殊设计的聚合物覆盖。这些主要的纳米颗粒然后可以涂上额外的聚合物,这些聚合物被设计成与体内特定的组织或细胞相互作用。这些包覆的纳米颗粒可以将药物运送到体内或细胞内部更精确的位置。或者,初级纳米颗粒可以组装成更大的复合材料,就像一串葡萄。这些微粒子会在几周到几个月的时间里缓慢释放胶囊中的治疗药物。

这些缓释颗粒的一个用途是治疗和管理糖尿病。2019年,Optimeos通过美国国家科学基金会(National Science Foundation)的拨款,开发了一种每月注射一次的利格鲁肽(liraglutide),这是一种用于治疗II型糖尿病和肥胖症的非胰岛素药物。利拉鲁肽目前每天注射一次。Optimeos的配方旨在减少所需药物的总量,减少副作用和减少注射的频率。该公司的研发总监、Prud ‘homme的前研究生罗伯特·佩格斯(Robert Pagels)说,这些特性提高了患者的舒适度、坚持治疗方案、生活质量、护理成本以及医疗结果。(作为一名学生,佩格尔斯在2017年凯勒中心(Keller Center)年度创新论坛上对这项技术的推介获得了第一名。)

Optimeos的方法之所以新颖,是因为这种粒子可以很容易地进行规模化生产,以适应市场所需的大规模生产。赫贾兹说:“我要说的是,目前正在发表或正在研究的技术实际上都无法扩大规模。”

作为柯达分子成像集团(即现在的Carestream)的前负责人,Hejazi知道,市场上一个长期存在的问题是,许多纳米技术创新无法在工业规模上得到持续的复制。赫贾兹说,闪光纳米沉淀法及其被称为“反向闪光纳米沉淀法”的推论解决了这个问题。

大多数制造纳米颗粒的方法都需要将活性成分按精确比例组合在一起,以制造出大小一致的纳米颗粒。这通常可以在实验室小批量有效地完成,但不能转化为大规模生产。为了解决这一难题,flash纳米沉淀法使用了多个连续的高速流,其中含有活性成分,这些活性成分在经过特殊设计的混合室中以正确的比例不断地混合。为了制造出更多的纳米颗粒,这个过程可以持续更长时间。为了提高生产速度,可以增加流的厚度,只要它们之间的比例正确。实际上,这是一种混合药剂的流水线方法。

Group of researchers

图为普林斯顿创新中心BioLabs,团队成员从左至右:Shahram Hejazi, Bumjun Kim, Robert Pagels, Robert Prud’homme, Chester Markwalter和Madeleine Armstrong。

从实验室到会议室

“我一直热衷于解决医疗问题,”Hejazi说。通过与业内人士的接触,他发现了这项技术可能解决的问题。一旦研究人员证明该技术可以满足行业需求,该团队于2016年申请了逆闪蒸纳米沉淀的专利。这项专利由Pagels和Prud ‘homme撰写,详细介绍了flash纳米沉淀法如何用于封装生物制剂等水溶性药物。这是Pagels在他的博士研究中首次提出的一项重大创新。他“翻转”了flash的纳米沉淀过程(因此有了“逆”这个术语)来封装可溶性药物,而不是水不溶性药物。这使得该技术可以应用于生物制品,并将这一快速增长的市场作为潜在目标。

Hejazi在行业和风险投资方面的经验提供了推动公司成立的愿景。Hejazi帮助筹集了资金,该团队与普林斯顿大学达成了一项赞助研究协议,继续在普林斯顿开发这项技术。Optimeos还雇佣了Prud ‘homme实验室的应届毕业生来公司工作。

Prud ‘homme看到Optimeos实现了他的科学目标。“我的学术研究集中在了解聚合物组装和加工背后的基本原理,使我们能够制造出优雅的纳米粒子,”Prud ‘homme说。“然而,作为一名工程师,我也想做一些能够对人类健康产生影响的事情,而不是试图做一件一次性的、美丽的、促进科学进步的事情。”

向消费者转让技术

Optimeos的故事是普林斯顿大学一项更广泛努力的一部分,这项努力旨在将发现从大学实验室推向市场,并使社会更广泛地受益。

普林斯顿大学技术与许可办公室(Office of Technology and license)的新合伙人安东尼·j·威廉姆斯(Anthony J. Williams)说,该办公室对研究人员进行了技术商业化所需步骤的教育,并提供创业资源。

近年来,普林斯顿大学(Princeton)的技术许可办公室(technology licensing office)将来自教研的初创企业数量增加了一倍。

20世纪80年代,《贝赫-多尔法案》(Bayh-Dole Act)允许机构进行由联邦拨款资助的市场研究,此后,普林斯顿大学和其他大学一直在将研究商业化。从那时起,普林斯顿大学最成功的创业故事就是药物Alimta,这是一种治疗某些肺癌的高效药物,还有一项突破,使有机发光二极管(oled)的功效提高了两倍。oled是一种显示技术,目前广泛应用于平板电视和智能手机上。

“普林斯顿不是象牙塔,”威廉姆斯说。“普林斯顿大学正在开发很多创新技术和伟大的发明,它们可以造福世界。”

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