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前言：
靶向药物递送系统（Targeted Drug Delivery Systems, TDDS）指的是通过物理、化学或生物学手段，将药物特异性导向靶组织、靶细胞甚至胞内特定细胞器的技术策略。根据作用机制的不同，可分为被动靶向（Passive Targeting）与主动靶向（Active Targeting）。被动靶向主要依赖于病理组织的结构或功能异常，如肿瘤血管系统的异常通透性；主动靶向则通过药物载体表面的配体与靶组织表面受体特异结合，实现高亲和力和选择性的定位。此外，根据靶点的不同，靶向策略可以细分为受体介导靶向、酶响应型靶向、以及对肿瘤/病灶微环境具有响应性的“微环境靶向”。
靶点的选择是靶向递药系统设计的首要前提。靶向策略通常基于病理组织中特异性表达或过表达的生物标志物（biomarkers），通过靶向配体与其结合实现选择性递送。
图1. 肿瘤微环境中的递送途径和靶点[1]
理想的靶向递送系统应具备良好的生物相容性、可控释放性、靶向性及组织穿透能力。目前广泛应用的载体系统主要包括以下几类：纳米粒子（NPs）、脂质体（Liposomes）、聚合物胶束（Polymeric Micelles）、蛋白质/多肽类载体、外泌体（Exosomes）。
现代靶向系统往往结合疾病微环境特征，实现“智能”响应释放，提高靶点激活的空间与时间特异性。主要分为以下几类：pH响应系统、氧化还原响应系统、酶解响应系统。
同时，为增强靶向药物递送系统的特异性识别能力与整体稳定性，研究人员常通过化学或物理方式对载体表面进行功能化修饰，引入具有靶向识别能力的配体，实现对特定细胞或微环境的精准结合与富集[2]。常用的靶向配体类型包括：抗体类（如Trastuzumab单克隆抗体、Fab抗体片段）、肽类（如RGD、Angiopep-2、TAT肽）、糖类、小分子配体、核酸适配体（如AS1411 aptamer，靶向Nucleolin（核仁素）。
在修饰策略方面，常见的方法包括共价偶联（如点击化学、EDC/NHS反应），可实现稳定持久的配体连接；非共价吸附（如静电吸附、疏水作用），便于快速构建与后期修饰；以及基于生物素-亲和素系统的可逆连接方式，具备高亲和力、可控装载及功能模块切换等优势，为靶向载体的智能化与多功能化提供了技术基础。
靶向药物递送系统的研发和验证依赖于一系列高度集成的实验技术体系，涵盖从纳米载体构建、体外模拟模型建立，到体内成像分析及药效安全性评估等多个环节。这些技术不仅决定了递送系统的功能性与稳定性，也对其机制阐释与临床转化价值起着至关重要的作用。
其中常见技术手段包括：电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）、载体构建与表征技术、紫外-可见光谱（UV-Vis）、高效液相色谱（HPLC）或质谱（MS）、蛋白质组与代谢组学等分析技术等。
实时单细胞多功能分析仪为靶向药物递送研究带来了革命性的技术支持。相比传统群体水平、静态终点的检测方式，该仪器能够在单细胞、亚细胞水平上实现连续动态的原位检测，从而更真实、全面地反映药物递送系统的行为及生物效应。
限制实时单细胞多功能分析仪能够对细胞内的关键生化指标（如ATP、乳酸、Ca²⁺、K⁺等）进行秒级以下的连续动态记录，使得研究人员可以精准捕捉药物摄取、载体释放、信号激活等多个阶段的变化规律，真正实现“过程可视化”。
实时单细胞多功能分析仪可以精确地在单细胞层面获取每一个细胞的状态和药物响应数据，从而识别出“响应型亚群”、“耐药细胞亚群”甚至“潜伏型细胞亚群”。通过这些数据，研究人员可以更有针对性地筛选靶点、优化递送策略，并开发个性化精准治疗方案，真正体现“细胞分辨率精准医学”的理念。
实时单细胞多功能分析仪可在不破坏细胞完整性的前提下，原位检测胞质、胞核或特定胞器中的小分子浓度及酶活性，实现对药物亚细胞递送路径的精细解析。例如，可监测载体是否成功逃逸溶酶体、是否进入线粒体发挥毒性作用，为设计更高效的递送系统提供可靠依据。
实时单细胞多功能分析仪支持在低样本量下完成定量检测，特别适用于难获取的肿瘤组织、脑组织等珍贵样本。这一特性极大拓展了其在转化医学、个体化治疗建模、稀有疾病研究中的应用场景。
实时单细胞多功能分析仪在靶向药物递送领域的应用场景
实时单细胞多功能分析仪可实现对载体进入细胞后的动态追踪，包括内吞途径、穿膜机制、胞器定位及释放动力学等。通过荧光标记载体（如FITC-脂质体）与亚细胞定位探针（如MitoTracker、LysoTracker）联合使用，可获得载体在胞质、胞核或线粒体的动态迁移信息，为解析药物释放路径与靶向部位提供了精确依据。此外，系统还能实现对单个活细胞进行定量提取，获取其胞质或细胞器成分，用于后续质谱分析，从而结合蛋白质组、代谢组学手段构建完整的“递送-作用-响应”因果链。
实时单细胞多功能分析仪通过检测多个关键代谢参数（如ATP、乳酸、钙离子浓度和胞内pH值）以及酶活性变化（如乳酸脱氢酶和鞘磷脂酶），为评估药效的起效时间及作用机制提供了重要手段。例如，在药物刺激后，ATP浓度下降与乳酸浓度升高可提示细胞能量代谢受扰或发生凋亡，而钙离子浓度升高则可能反映细胞应激反应或膜通透性变化。此外，该系统还可实时捕捉药物作用下的酶活性变化过程，如在抗肿瘤药物诱导的线粒体通路凋亡中，监测细胞色素C的释放及下游酶的激活，助力精准界定药效窗口期。同时，该仪器还可用于解析不同递送载体对活性氧（ROS）生成的动态影响，进而评价纳米材料等递送系统的潜在生物毒性，为靶向药物递送策略的优化提供功能性参考依据。
实时单细胞多功能分析仪通过非破坏性的单细胞分辨率测量，能够多指标分析纳米载体在细胞内的摄取量、胞内定位、释放动力学、代谢响应等多项关键指标。该平台尤其适用于靶向递药系统的早期开发阶段，有助于节省大量实验周期和成本，提高成功率。
案例一：Advanced Materials ( IF 27.4 ) “重组角蛋白模块化微针”, 让肿瘤术后伤口愈合及抗癌同步进行
2025年2月，来自西南大学的李翀教授团队在材料领域顶尖期刊Advanced Materials（IF 27.4）上发表了题为“An Integrated Modular Vaccination System for Spatiotemporally Separated Perioperative Cancer Immunotherapy”的文章。该文章主要探讨了一种集成模块化疫苗接种系统，旨在改善围手术期癌症免疫治疗的效果。在此，作者报道了一种由工程化角蛋白制备的模块化微针，该微针负载有个性化抗肿瘤疫苗——癌细胞（CM）膜包被的AS01 脂质体（CLPs），它能够在空间和时间上将免疫细胞活化所需的免疫治疗微环境与伤口愈合微环境区分开来。
在本研究中，作者基于瑞明生物的实时单细胞多功能分析仪，在体外单细胞水平上直观地验证了负载有个性化抗肿瘤疫苗——癌细胞（CM）膜包被的AS01 脂质体（CLPs）的微针可被树突状细胞（DCs）靶向并摄取，为基于SRK84-T 的针根层招募DC 以最大化免疫治疗效果提供基础理论支撑。
图2. D）使用实时单细胞多功能分析仪对DC 细胞摄取CLP 的定量和成像。比例尺，50 μm
案例二：Nat. Commun.: 基于小檗碱的可电离脂质用于核酸治疗药物的自身结构稳定及脑靶向递送
2025年3月10日，西南大学药学院李翀、澳门科技大学姜志宏共同通讯在Nature Communications上在线发表题为“Berberine-inspired ionizable lipid for self-structure stabilization and brain targeting delivery of nucleic acid therapeutics”的研究论文。研究报道了一个基于原小檗碱生物碱的四氢异喹啉结构的可电离脂质库，旨在通过多巴胺D3受体介导的内吞作用改善血脑屏障（BBB）渗透。
在本研究中，作者基于瑞明生物的实时单细胞多功能分析仪，在体外单细胞水平上直观地评估氧化应激和细胞内活性氧（ROS）水平。结果显示，BE 诱导的活性氧（ROS）水平显著低于市售的MC3，这突显了BE（-ST）有利的安全性特征。
图3. bEnd.3 细胞中的活性氧水平。处理 2 小时、12 小时和 24 小时后的活性氧水平。数据以平均值 ± 标准差（n = 20 独立实验）表示。统计学显著性通过双侧非配对 Student's t 检验确定；****P < 0.0001。
案例三：Nat. Commun. 变构靶向递送系统破解血脑屏障穿透难题
2025年4月，西南大学药学院李翀团队在Nature Communications上在线发表题为“Allosteric targeted drug delivery forenhanced blood-brain barrier penetration via mimicking transmembrane domain interactions”的研究论文。该研究基于变构识别的理念构建了一个药物递送平台，利用膜蛋白（如胰岛素受体和整合素αvαvβ3）的跨膜结构域（TMD）作为识别位点，并探索了其在脑部疾病治疗中的潜在应用。
在本研究中，作者使用膜结合的基质金属蛋白酶14（MT1-MMP/MMP14）来切割BMECs 中 IR 的胞外结构域，以构建缺乏IR 胞外结构域的细胞模型。使用实时单细胞多功能分析仪测量细胞表面胰岛素受体α亚基（IR-α）的表达，结果显示，经MMP14 处理后的细胞中IR-α 的表达量降低了23.56 倍，这与蛋白质印迹结果一致。与正常BMECs 相比，缺乏IR-α 的 BMECs 对 IEP-Lips 的摄取显著受到抑制（p < 0.05），但对PEG-ITP-Lip 的摄取没有显著差异（p > 0.05）。这些发现进一步证明了ITP 的变构靶向位点是IR 跨膜结构域（TMD）。
图4I. 用于测定经或未经基质金属蛋白酶14（MMP14）处理的BMEC 中 IR-α 表达水平的实时单细胞多功能分析仪的快照图像。比例尺= 20 μm。m 通过实时单细胞多模态分析仪测定经或未经MMP14 处理的BMEC 表面IR-α的表达水平。（F：细胞膜表面IR-α 的荧光强度；F0：培养皿的背景荧光强度）
尽管目前已有诸多递送系统和策略进入临床试验阶段，但从实验室到临床的转化依然面临诸多挑战，包括穿透屏障效率不足、个体差异带来的治疗反应不确定性、药效与毒性评估手段滞后等问题。在这一背景下，实时单细胞多功能分析仪的出现，为靶向药物递送研究提供了前所未有的单细胞动态分析平台。该系统不仅实现了从单细胞到亚细胞水平的精确监测，更通过多指标同步检测、实时追踪等技术手段，极大丰富了药物作用效果、机制及毒性的解析手段，突破了传统检测技术“平均、静态、终点”式观察的局限。
感谢西南大学药学院唐忠捷博士为本文提供的支持
参考文献
[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
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