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Delivery of Molecular and Nanoscale Medicine to Tumors: Transport Barriers and Strategies

药物输送 肿瘤微环境 血流 静水压力 药品 血管 医学 癌症研究 化学 病理 药理学 肿瘤细胞 纳米技术 内科学 材料科学 物理 热力学
作者
Vikash P. Chauhan,Triantafyllos Stylianopoulos,Yves Boucher,Rakesh K. Jain
出处
期刊:Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering [Annual Reviews]
卷期号:2 (1): 281-298 被引量:535
标识
DOI:10.1146/annurev-chembioeng-061010-114300
摘要

Tumors are similar to organs, with unique physiology giving rise to an unusual set of transport barriers to drug delivery. Cancer therapy is limited by nonuniform drug delivery via blood vessels, inhomogeneous drug transport into tumor interstitium from the vascular compartment, and hindered transport through tumor interstitium to the target cells. Four major abnormal physical and physiological properties contribute to these transport barriers. Accumulated solid stress compresses blood vessels to diminish the drug supply to many tumor regions. Immature vasculature with high viscous and geometric resistances and reduced pressure gradients leads to sluggish and heterogeneous blood flow in tumors to further limit drug supply. Nonfunctional lymphatics coupled with highly permeable blood vessels result in elevated hydrostatic pressure in tumors to abrogate convective drug transport from blood vessels into and throughout most of the tumor tissue. Finally, a dense structure of interstitial matrix and cells serves as a tortuous, viscous, and steric barrier to diffusion of therapeutic agents. In this review, we discuss the origins and implications of these barriers. We then highlight strategies for overcoming these barriers by modulating either drug properties or the tumor microenvironment itself to enhance the delivery and effectiveness of drugs in tumors.
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