基于核酸堿基分子識別的超分子體系的構(gòu)建及其藥物輸送研究.pdf

1、超分子化學(xué)是“自下而上”構(gòu)筑智能材料的重要手段之一，也是創(chuàng)造新物質(zhì)和產(chǎn)生新功能的重要途徑。經(jīng)過20多年的發(fā)展，利用非共價(jià)相互作用為手段來獲取新穎結(jié)構(gòu)的超分子化學(xué)已經(jīng)在分子識別、自組裝、材料設(shè)計(jì)合成與應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。迄今為止，超分子體系的合成與自組裝已經(jīng)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，但是極少研究超分子體系的功能化及其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是基于氫鍵的超分子體系。因此，如何充分發(fā)揮超分子動(dòng)態(tài)可調(diào)的優(yōu)勢以及利用非共價(jià)相互作用的可逆特性，

2、構(gòu)建快捷方便、結(jié)構(gòu)可調(diào)的智能超分子體系以探索其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，是當(dāng)前該領(lǐng)域面臨的前沿科學(xué)問題。在本論文中，我們受DNA和RNA中堿基分子識別的啟發(fā)，利用核酸堿基作為構(gòu)筑單元，成功設(shè)計(jì)并合成了一系列新型智能響應(yīng)性的核酸堿基超分子體系，并通過體外的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)評估了這些超分子材料在藥物輸送以及腫瘤治療等生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用。本論文共分五部分，具體研究內(nèi)容和結(jié)論概括如下：
　　1．核酸堿基分子識別驅(qū)動(dòng)的超分子嵌段共聚物

3、膠束的制備及其藥物輸送研究
　　刺激響應(yīng)性的聚合物納米膠束能對外界環(huán)境的變化做出響應(yīng)而釋放負(fù)載的藥物，因此在藥物輸送領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。目前大多數(shù)刺激響應(yīng)性的聚合物納米膠束是利用敏感性的共價(jià)鍵聚合物進(jìn)行設(shè)計(jì)制備，而這些基于共價(jià)鍵構(gòu)建的聚合物膠束在腫瘤微環(huán)境下釋放藥物往往比較緩慢。在癌癥的治療過程中，通常要求載體到達(dá)病變部位后快速完成藥物釋放，提高癌癥的治療效果并降低細(xì)胞的多藥耐藥性。因此，設(shè)計(jì)和制備對腫瘤微環(huán)境快速響應(yīng)的聚合物膠束

4、是目前藥物載體設(shè)計(jì)的一大難題。在本章中，我們利用核酸堿基之間的多重氫鍵相互作用，成功構(gòu)建了一類新型刺激響應(yīng)性的超分子嵌段共聚物膠束，用于抗癌藥物在細(xì)胞內(nèi)的可控快速釋放。末端帶有腺嘌呤的聚己內(nèi)酯與末端為尿嘧啶的聚乙二醇通過堿基互補(bǔ)配對形成超分子兩親性嵌段共聚物，進(jìn)而在水溶液中組裝形成超分子納米膠束。由于非共價(jià)相互作用動(dòng)態(tài)敏感的特性，超分子共聚物膠束在中性條件下穩(wěn)定，而在微酸性條件下迅速解離。將疏水性抗癌藥物阿霉素作為模型藥物封裝于聚合物膠

5、束之中，體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)表明，在微酸性環(huán)境下藥物的釋放速率明顯高于中性條件，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)負(fù)載阿霉素的超分子納米膠束能顯著抑制HeLa細(xì)胞增殖。因此，該核酸堿基分子識別驅(qū)動(dòng)的超分子嵌段共聚物膠束作為控制藥物快速釋放的材料極具應(yīng)用前景。
　　2．基于核酸堿基的超分子超支化多臂共聚物的制備及其藥物輸送研究
　　盡管線型兩親性嵌段共聚物以及它們的組裝體在提高化療藥物的效果方面取得了重要的進(jìn)展，但是它們作為藥物輸送的載體也存在一些天然

6、的缺陷。首先，基于線型兩親性嵌段共聚物構(gòu)建的納米組裝體穩(wěn)定性較低，在體內(nèi)循環(huán)過程中會(huì)由于大量血液的稀釋而導(dǎo)致聚合物組裝體解離，從而引起藥物突釋，產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副作用。其次，它們的載藥量和藥物的封裝效率相對較低。再者，它們結(jié)構(gòu)相對比較單一，可設(shè)計(jì)性不夠強(qiáng)，不能滿足臨床上藥物載體多樣化的需求。因此，設(shè)計(jì)和構(gòu)建新型藥物載體材料仍是目前急需解決的一個(gè)難題。本章利用核酸堿基分子識別成功構(gòu)建了一類新型兩親性超分子超支化多臂共聚物，這類超分子超支化共聚

7、物不僅具有傳統(tǒng)共價(jià)鍵型超支化多臂共聚物的性質(zhì)，而且具有動(dòng)態(tài)可調(diào)性。由于超支化聚合物的獨(dú)特三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及氫鍵的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，兩親性超分子超支化多臂共聚物可組裝形成臨界膠束濃度較低的pH敏感性聚合物膠束。通過調(diào)節(jié)組分中疏水核和親水臂的比例，可容易地制備出不同尺寸的超分子共聚物納米膠束。體外細(xì)胞評估結(jié)果顯示，該超分子納米膠束可以包載疏水性抗癌藥物阿霉素，并能實(shí)現(xiàn)其在酸性條件下可控釋放抗癌藥物，有效抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。
　　3．雙重響應(yīng)性

8、超分子刷狀共聚物納米載體的構(gòu)建及其藥物輸送研究
　　為實(shí)現(xiàn)高效的藥物輸送以提高癌癥的治療效果，在設(shè)計(jì)智能響應(yīng)性聚合物納米載體時(shí)需滿足兩個(gè)基本要求。其一，聚合物納米載體能夠?qū)δ[瘤的微環(huán)境快速響應(yīng)，從而在病變部位充分釋放負(fù)載的藥物。其二，一個(gè)高效的聚合物納米體系應(yīng)當(dāng)具有較高的藥物封裝量和封裝效率。而腫瘤組織微環(huán)境的一大特征是pH偏低而鹽濃度偏高，基于此，在本章中我們設(shè)計(jì)并制備了一類具有鹽/pH雙重刺激響應(yīng)性的兩親性超分子刷狀共聚物納米

9、給藥體系用于抗癌藥物的輸送。由于超分子刷狀聚合物具有致密的結(jié)構(gòu)，組裝形成的納米膠束能高效封裝疏水性抗癌藥物。這類刷狀共聚物膠束能在中性條件（pH≈7.4）的溶液中穩(wěn)定存在，而在酸性（pH≈5.0）和高鹽濃度的雙重作用下發(fā)生快速解組裝。這種性質(zhì)有利于在兼具酸性和高鹽濃度的腫瘤微環(huán)境可控釋放藥物，增強(qiáng)對腫瘤的抑制效果。該新型雙重響應(yīng)性超分子刷狀共聚物納米給藥體系有望為惡性腫瘤的治療提供新的載體材料。
　　4．超分子核苷磷脂與脂質(zhì)體的合

10、成及抗腫瘤活性研究
　　磷脂和脂質(zhì)體作為一種生物相容性優(yōu)異的材料已經(jīng)在臨床治療中推廣使用。然而，傳統(tǒng)的磷脂不能對細(xì)胞水平的微環(huán)境變化響應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致組裝形成的脂質(zhì)體不能在細(xì)胞內(nèi)可控釋放負(fù)載的藥物，因此不能充分發(fā)揮藥效，極大地限制了其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，開發(fā)制備合成簡便且具有刺激響應(yīng)性的智能型磷脂具有重要的臨床意義。在本章中，我們利用超分子方法成功設(shè)計(jì)并合成了一類新型的超分子核苷磷脂，這類磷脂可在水溶液中組裝形成雙分子層的超

11、分子脂質(zhì)體，它們尺寸可調(diào)，性能可控，具有快速酸響應(yīng)能力。與傳統(tǒng)的磷脂合成相比，這種超分子方法大大簡化了合成步驟并降低了純化流程以及廢棄物產(chǎn)生的量。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)與體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，超分子核苷磷脂組裝形成的脂質(zhì)體能有效輸送抗癌藥物到達(dá)腫瘤組織，并快速進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)部微酸性環(huán)境刺激下有效釋放負(fù)載的藥物，從而達(dá)到高效抑制腫瘤的目的。此外，與傳統(tǒng)的脂質(zhì)體相比，超分子核苷脂質(zhì)體展現(xiàn)了更佳的抗腫瘤效果。這類新型的超分子核苷磷脂代表了磷

12、脂演化過程中的一項(xiàng)重要進(jìn)展。
　　5．超分子兩親性藥-藥納米體系的構(gòu)建及其抗腫瘤活性研究
　　在癌癥治療中，納米藥物輸送體系有效提高了藥物的治療效果并降低了其毒副作用。然而，載體本身并沒有治療效果，而且會(huì)影響藥物的負(fù)載效率，在降解、代謝、排除體外的過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生毒性或者炎癥反應(yīng)。如果抗癌藥物自身能組裝形成納米體系，則能有效解決這一問題。在本章中，我們利用類堿基抗癌藥物之間的分子識別成功構(gòu)建了一類超分子納米藥物自輸送體系。疏