基于多孔納米材料的刺激響應性藥物載體構建及其性能研究.pdf

1、刺激響應性納米藥物載體由于具有改變藥物代謝動力學、顯著提高藥物利用率、實現(xiàn)在病灶部位按需給藥、降低藥物的毒副作用等優(yōu)勢，已成為當今納米生物醫(yī)學領域最熱門的研究方向之一。作為其中的典型代表，多孔納米材料具有豐富的納米孔結構、低密度、高的比表面積以及可調的孔徑尺寸等物理化學性質，在工業(yè)催化、氣體吸附、分析檢測、線性光學和電磁材料等技術領域，尤其是在疾病的診斷與治療方面展示出廣闊的應用前景和經(jīng)濟價值。本論文緊緊圍繞如何提高載體的裝載能力和降低

2、封堵分子的生物毒性兩方面問題，以基于多孔納米材料刺激響應性藥物載體設計為研究主線，主要開展了以下研究工作:
　　一、基于明膠包裹介孔二氧化硅納米顆粒的細胞內pH刺激響應的藥物傳遞
　　為了改善封堵分子的生物毒性，結合明膠天然來源、生物相容性好、廉價易得等優(yōu)良特性，發(fā)展了一種明膠包裹介孔二氧化硅的pH刺激響應體系用于細胞內藥物控制釋放。在此系統(tǒng)中，蛋白高聚物明膠通過低溫下的凝膠過程和戊二醛介導的交聯(lián)反應在介孔二氧化硅納米顆粒表

3、面形成包裹層。在中性條件下，明膠包裹層能有效封堵介孔，防止藥物分子泄漏;而在弱酸條件下，明膠和顆粒發(fā)生質子化，靜電斥力增強，使明膠脫離顆粒表面，介孔打開，裝載的藥物被釋放。我們將抗腫瘤藥物阿霉素包裹在介孔通道內，以明膠包裹層封堵介孔，考察該系統(tǒng)在緩沖液和細胞內的刺激響應釋放行為。結果表明，該系統(tǒng)具有較大的裝載量并且具有較好的pH刺激響應性。在細胞的吞噬作用下，顆粒內化入細胞并主要分布于溶酶體中，而溶酶體的低pH環(huán)境使得介孔打開，釋放的阿

4、霉素進入細胞核內發(fā)揮作用。MTT實驗表明，裝載了阿霉素的顆粒表現(xiàn)出很高的細胞殺傷效率，同時，作為載體顆粒具有低的毒性，是一種理想的細胞內酸響應藥物載體。
　　二、介孔二氧化硅的程序性包裹用于基質金屬蛋白酶2刺激響應的腫瘤靶向和藥物傳遞
　　在前章基礎上，為了解決載體靶向性問題，基于納米顆粒程序性包裹技術和基質金屬蛋白酶2降解明膠的特性，發(fā)展了一種智能介孔二氧化硅納米載藥體系用于腫瘤微環(huán)境刺激響應的腫瘤靶向及控制釋放。首先，將

5、腫瘤細胞靶向分子葉酸修飾在介孔二氧化硅納米顆粒表面，然后通過溫度介導凝膠過程對納米顆粒進行明膠包裹，明膠包裹層既可以封堵介孔，防止藥物分子提前釋放，又可以保護葉酸分子。為了使顆粒具有更長的體內循環(huán)時間，將聚乙二醇共價交聯(lián)在介孔二氧化硅顆粒表面得到納米載藥體系。細胞，多細胞球體以及活體實驗結果表明，該體系在藥物傳遞過程中能有效避免非特異性吸附。當體系循環(huán)至腫瘤部位時，腫瘤部位高表達的基質金屬蛋白酶水解明膠包裹層，使葉酸暴露出來。隨后，葉酸

6、與腫瘤細胞的葉酸受體特異性結合，促進細胞對載藥體系的攝取。同時，由于明膠層降解，介孔打開，藥物分子釋放。通過程序性包裹，該系統(tǒng)實現(xiàn)了在特定時間，特定位置的精確控制釋放，展現(xiàn)出了良好的腫瘤殺傷效果。
　　三、基于伴刀豆球蛋白A門控分子的甘露糖響應型介孔二氧化硅納米控制釋放體系
　　除了針對腫瘤治療的藥物載體，發(fā)展其它刺激響應藥物傳遞體系也是很有必要的。我們選擇天然來源的伴刀豆球蛋白A作為門控分子，利用甘露糖和葡萄糖與伴刀豆球蛋

7、白A競爭性結合特性構建了一種新型的伴刀豆球蛋白A封堵葡萄糖功能化介孔二氧化硅的甘露糖刺激響應控制釋放載藥體系。通過高倍透射電子顯微鏡、X射線衍射及比表面積分析等手段表征了納米載藥體系的制備及其修飾。以聯(lián)釕吡啶染料分子作為模式客體分子，考察了該體系的控制釋放行為。在沒有甘露糖存在時，伴刀豆球蛋白A和介孔二氧化硅表面的葡萄糖多價結合并有效封堵介孔，幾乎沒有染料釋放;在甘露糖存在的條件下，由于甘露糖和伴刀豆球蛋白A的結合力更強，介孔二氧化硅表

8、面的伴刀豆球蛋白A被競爭下來，進而打開介孔，在340 min內染料分子的釋放量高達93％。實驗研究表明，該體系對甘露糖具有很好的刺激響應性，有望實現(xiàn)在藥物控制釋放領域的應用。
　　四、茜素氟藍功能化的介孔二氧化硅智能納米載藥體系用于葡萄糖響應的雙藥物控制釋放及實時監(jiān)測
　　以上體系不能監(jiān)測藥物的釋放情況，無法為用藥提供有效地信息。為了解決這一問題，基于茜素氟藍、葡萄糖和1，4-苯二硼酸的競爭性結合并引起熒光信號變化的機制，我

9、們構建了用于實時監(jiān)測葡萄糖刺激響應的雙藥物釋放的多功能介孔二氧化硅納米顆粒。在該體系中，首先采用微乳液法合成介孔二氧化硅納米顆粒并在其表面修飾茜素氟藍。然后以1，4-苯二硼酸為橋連劑，將降糖藥物葡萄糖酸修飾的胰島素固定在介孔表面，構成胰島素封堵介孔二氧化硅的葡萄糖刺激響應控制釋放體系。由于茜素氟藍、1，4-苯二硼酸和胰島素所構成的三明治結構保持完整，該體系在570 nm處具有強熒光。同時，胰島素能有效封堵介孔，防止藥物分子的泄漏;當環(huán)境

10、中葡萄糖濃度升高時，葡萄糖與1，4-苯二硼酸發(fā)生競爭性結合，1，4-苯二硼酸和胰島素從介孔二氧化硅顆粒表面脫離，介孔打開，藥物釋放。同時，體系的熒光強度降低。由于熒光變化情況與介孔的封堵/打開有直接關系，所以可以通過實時監(jiān)測熒光變化來定量檢測藥物釋放情況。我們將另一種降糖藥物馬來酸羅格列酮包裹進介孔通道內。實驗結果表明在緩沖液和人血清中，胰島素和馬來酸羅格列酮的釋放與熒光信號的變化具有相關性。該體系為新一代糖尿病光學診斷，反饋式治療和無

11、創(chuàng)監(jiān)測納米器件設計提供了思路。
　　五、基于金屬-有機框架材料自犧牲模板策略合成尺寸可控的三維中空介孔二氧化硅納米顆粒用于細胞內pH刺激響應的藥物傳遞
　　為了提高介孔二氧化硅載體的裝載能力，發(fā)展了一種金屬有機骨架(MOFs)自犧牲模板策略制備尺寸可調的三維中空介孔二氧化硅材料(HMSNs)。在該策略中，首先以酸敏感的類沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)為模板，在其表面通過溶膠凝膠法包裹介孔二氧化硅層，隨后ZIF-8在酸性條件

12、下降解獲得HMSNs。我們發(fā)現(xiàn)，中空介孔二氧化硅納米顆粒的尺寸和形貌可以通過系統(tǒng)調節(jié)ZIF-8模板的合成條件進行控制。一系列單分散性的，尺寸從80 nm到3000 nm的非球形中空介孔二氧化硅被合成。制得的顆粒具有有序均一的孔道結構，超大體積的內腔和良好的生物相容性，非常適合作為載體用于藥物的刺激響應性釋放。我們將360m的HMSN作為載體，在其表面包裹ZIF-8作為封堵層，發(fā)展了基于ZIF-8包裹HMSN的細胞內pH刺激響應的藥物傳遞

13、體系。此外，基于這一策略，大尺寸的功能性納米顆粒也可以被裝載進入HMSN的空腔內，制備yolk-shell型納米顆粒。
　　六、基于金屬有機框架包裹Pd-Cu合金納米顆粒用于腫瘤的光熱治療與化療協(xié)同治療
　　除中空介孔二氧化硅外，MOFs材料具有合成方式溫和簡便，生物可降解，超大的裝載能力等優(yōu)點，在納米藥物載體有巨大潛力?；诖?，我們首先通過簡單、一鍋煮的合成方法，制備了具有很高光熱轉換效率的Pd-Cu合金納米顆粒，并和抗腫

14、瘤藥物阿霉素一同包載進入具有pH響應性的金屬有機框架ZIF-8中，發(fā)展了一種制備簡單、功能強大的納米藥物載體用于腫瘤的光熱治療與化療協(xié)同治療。在該體系中，金屬有機框架ZIF-8可自組裝在Pd-Cu納米顆粒表面，在組裝時加入抗腫瘤藥物阿霉素，阿霉素分子可嵌入到ZIF-8的骨架內，使藥物不釋放。當在酸性條件下，ZIF-8骨架發(fā)生降解，從而釋放出阿霉素。另一方面，由于Pd-Cu納米顆粒具有良好的光熱特性，能實現(xiàn)光熱治療。體外及細胞實驗結果表明