基于生物可降解材料的功能性聚合物納米醫(yī)藥載體的研究.pdf

1、在癌癥的化學(xué)療法中，許多新型且療效好的抗癌試劑如阿霉素(Doxorubicin，DOX)、紫杉醇(Paclitaxel)及最近發(fā)現(xiàn)的一種天然抗癌藥物β-lapachone由于其強(qiáng)疏水性而無法通過靜脈注射進(jìn)入肌體循環(huán)系統(tǒng)并傳送到病灶部位。同時(shí)，這些抗癌藥物的直接施藥會導(dǎo)致：(i)肌體內(nèi)循環(huán)半衰期過短，不能發(fā)揮最佳療效；(ii)對肌體的健康組織及細(xì)胞具有很強(qiáng)的毒副作用；(iii)容易產(chǎn)生肌體免疫排斥反應(yīng)而使藥效降低甚至失去療效。 同

2、時(shí)，在腫瘤的藥物治療方面，存在著腫瘤細(xì)胞對抗癌試劑的多藥抗藥抑制效應(yīng)(multi-drug resistance，MDR)。在眾多多藥抗藥抑制機(jī)理中，比較普遍的一種是由于抗藥腫瘤細(xì)胞膜表面過度表達(dá)一種跨膜蛋白-P-糖蛋白(P-glyeoprotein，P-gp)的作用而減少抗癌藥物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的聚集濃度所致。一種常用的解決與P-gp相關(guān)的MDR方法就是使用MDR調(diào)節(jié)劑。許多有效的MDR調(diào)節(jié)劑如戊脈安(verapamil)、奎奈定(qui

3、nidin6)及PSC833都可以阻礙P-gp的功能，重新使抗藥細(xì)胞對藥物產(chǎn)生敏感。然而，這些MDR調(diào)節(jié)劑無一例外地存在著強(qiáng)疏水性及對細(xì)胞特異性差等缺點(diǎn)。 高分辨核磁共振成像(MRI)技術(shù)已成為現(xiàn)代癌癥及心血管疾病的最有效診斷手段之一。因此，發(fā)展疏水性抗癌試劑、MDR調(diào)節(jié)劑及顯像試劑的高性能有效傳輸載體，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 雙親嵌段聚合物(amphiphilic copolymer)在選擇性溶劑中根據(jù)自組裝(sel

4、f-assembled)方式的不同會形成各式各樣的納米聚集體，如聚合物膠束(polymeric micelle)及聚合物囊泡(polymeric vesicle)等。聚合物膠束具有獨(dú)特的核-殼結(jié)構(gòu)。一方面其致密的疏水內(nèi)核可以作為疏水性物質(zhì)的天然載體。而另一方面其“梳型”結(jié)構(gòu)的親水外殼可以起到穩(wěn)定納米粒的作用，并且可以減少血液蛋白吸附、延長體內(nèi)循環(huán)時(shí)間等功效。聚合物囊泡是一種具有中心膜壁的中空球結(jié)構(gòu)。和天然的脂質(zhì)體(liposome)一樣

5、，疏水中心膜可以負(fù)載疏水性物質(zhì)、顯像試劑等；而親水內(nèi)腔可以包裹水溶性物質(zhì)及保護(hù)蛋白質(zhì)及核酸等功能。這些聚合物聚集體合適的納米級尺寸可以減少被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(reticuloenothelial system，RES)及巨噬(macrophages)細(xì)胞吞噬，使藥物在體內(nèi)保持療效窗口濃度的時(shí)間得以幾倍甚至幾十倍的延長。 基于以上分析考慮，本論文主要從以下幾個(gè)方面對功能性聚合物納米載體進(jìn)行改性及應(yīng)用研究： (1)葉酸標(biāo)識的靶向

6、聚合物用于MDR調(diào)節(jié)劑的高效傳輸。 采用陰離子聚合反應(yīng)，以烯丙基金屬鉀作為催化劑，分別通過環(huán)氧乙烷氣體(EO)及已內(nèi)酯(ε-caprolactone)的聚合反應(yīng)合成了末端為雙鍵功能基團(tuán)的共聚物allyl-PEG-PCL。在allyl-PEG-PCL的膠束溶液中，以K2S2O4為催化劑，在溫和的條件下通過氨基硫醇與雙鍵的自由基加成反應(yīng)得到末端為氨基的共聚物NH2-PEG-PCL,最后通過葉酸分子中的羧基與共聚物NH2-PEG-PC

7、L的末端氨基反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物folace-PEG-PCL。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MDR調(diào)節(jié)劑通過葉酸靶向的聚合物膠束主動(dòng)傳輸于抗藥細(xì)胞KBV200后，有效地抑制了KBV200細(xì)胞中P-gp的藥物溢出功能。大大提高了VCR的細(xì)胞毒性。如負(fù)載FG020326的靶向聚合物膠束(folate-PEG3K-PCL1K)的IC50值是0.0046μM，而非靶向膠束的IC50值則為0.021μM。流式細(xì)胞儀分析證明，經(jīng)過葉酸靶向的聚合物載藥膠束處理

8、后，細(xì)胞內(nèi)羅丹明123的聚集濃度明顯增加。葉酸競爭實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明，細(xì)胞是經(jīng)過葉酸受體誘導(dǎo)的內(nèi)吞作用對靶向聚合物載藥膠束進(jìn)行吸收的。 (2)針對腫瘤細(xì)胞的磁靶向及分子靶向的雙靶向納米載藥體系。 在高溫下，合成了可以精確控制粒徑尺寸并具有單分散性的疏水性SPIO(6nm)。通過透析法，雙親聚合物(folare-PEG-PCL，allyl-PEG-PCL)在水溶液中自組裝成聚合物納米膠束。同時(shí)，疏水性SPIO及DOX共同負(fù)載于

9、膠束內(nèi)核中。通過在載體表面作用葉酸修飾獲得對腫瘤細(xì)胞的分子靶向；通過施加外源磁場獲得對腫瘤部位的磁靶向。這種外加磁場及配體-受體介導(dǎo)的雙重靶向載藥體系的實(shí)施，有望顯著增強(qiáng)載藥膠束對腫瘤的療效。透射電子顯微鏡(TEM)及膠束溶液的磁響應(yīng)性實(shí)驗(yàn)證明SPIO及DOX成功地負(fù)載于聚束中心核中。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在雙靶向作用下，有效地提高了細(xì)胞對載體的吸收強(qiáng)度從而增加了對腫瘤的療效。并且在強(qiáng)磁場強(qiáng)度下，磁靶向在載體傳輸上起著主導(dǎo)作用。而在低

10、磁場強(qiáng)度下，分子靶向起著主要作用。在癌癥化療過程中，這種雙靶向載藥體系理念的設(shè)計(jì)為提高藥物傳輸效率及腫瘤特異性開辟了廣闊的前景。 (3)具有MRI高敏感性、靶向于腫瘤細(xì)胞的多功能聚合物囊泡醫(yī)藥載體。 通過多步化學(xué)反應(yīng)合成了不同組分的生物可降解靶向共聚物folate-PEG-PDLLA。經(jīng)雙乳化法，雙親聚合物在水溶液中自組裝形成聚合物囊泡，同時(shí)親油SPIO(或親水SPIO)和質(zhì)子化DOX分別負(fù)載于聚合物中心膜及親水內(nèi)腔中。

11、TEM顯示油性SPIO均勻地分散于囊泡的中心膜上；另一方面，水性SPIO以團(tuán)簇的形式被包裹在囊泡的內(nèi)腔中。熒光顯微鏡觀察到質(zhì)子化的DOX成功地負(fù)載于囊泡親水內(nèi)腔中。負(fù)載了SPIO的聚合物囊泡具有迅即磁響應(yīng)性，并且沒有改變自由SPIO的超順磁性及結(jié)晶結(jié)構(gòu)。作為T2 MRI底物劑，和商用Resovit(R)顯像劑及自由SPIO相比，聚合物囊泡載體表現(xiàn)出超高M(jìn)RI敏感性。由于包裹在囊泡中水性SPIO的團(tuán)簇效應(yīng)及中心膜壁對油性SPIO磁趨向的限

12、制，在相同鐵離子濃度下，負(fù)載水性SPIO聚合物囊泡的T2弛預(yù)率(r2)表現(xiàn)出高于負(fù)載油性SPIO囊泡的T2弛預(yù)率。體外KB細(xì)胞吸收實(shí)驗(yàn)表明，聚合物囊泡載藥體系由于葉酸分子的修飾而獲得了對腫瘤細(xì)胞的主動(dòng)靶向功能。繼而提高了藥物在細(xì)胞內(nèi)的聚集濃度，進(jìn)一步增加了療效。這種即能使治療試劑靶向傳輸于腫瘤部位又能作為非侵入式MRI顯像試劑的綜合性多功能納米載體將會在今后的癌癥治療中發(fā)揮著極大的作用。 (4)藥物與不同聚酯形成的聚合物膠束間的

13、相互作用。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分子間氫鍵及疏水作用存在于藥物與聚合物膠束疏水嵌段中。對于由PCL，疏水段形成的膠束，分子間氫鍵起主導(dǎo)作用，并且，這種作用對膠束的親水嵌段(MPEG)物理性能影響不大，而隨著藥物負(fù)載量的增加，降低了PCL疏水嵌段的玻璃化溫度及熔點(diǎn)等。相反，對于由PLLA疏水段形成的膠束，存在于PLLA鏈段與藥物間的分子間氫鍵很弱，而與親水段則具有一定的相互作用。基于此，我們設(shè)想對于不同的聚酯體系，在通過溶劑揮發(fā)法形成膠