生物响应性聚合物纳米载体的构建及其在药物递送与抗肿瘤中的应用

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:blueblood008
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癌症已成为全球人类健康面临的最主要威胁之一。传统的癌症疗法通常依赖于单一疗法,包括化学疗法,放射疗法,光热疗法(PTT),光动力疗法(PDT)和免疫疗法等。然而,上述疗法需要高剂量或多次注射,从而导致包括治疗效果差和副作用强在内的许多局限性。化学疗法作为一种主要的临床治疗手段,已广泛应用于癌症治疗。尽管如此,大多数抗癌药物仍面临非特异性分布,抗肿瘤功效差和严重毒副性等问题。相比化学疗法或PDT等单一疗法,化学/光动力协同疗法已成为一种有前途的癌症治疗方法,该疗法使用PDT克服了化学治疗药物的多药耐药性。通过纳米载体将药物输送到特定的肿瘤部位,同时发挥化学疗法和PDT的双重优势,有效改善药物的生物利用度,起到减毒增效的目的。基于聚合物纳米前药稳定或可转换的化学结构和优异的生物相容性,以及纳米凝胶前药良好的生物相容性,高负载能力,出色的结构稳定性,成为设计肿瘤微环境响应性纳米载体药物递送系统的研究热点。本论文以两亲性聚合物前药和聚合物纳米凝胶前药的构建为出发点,以提高药物治疗效果和降低毒副作用为目的,设计并构建几种新型的生物响应性纳米前药,具体内容如下:(1)利用酸响应性的腙键将疏水抗癌药物阿霉素(DOX)连接到基于葡聚糖的聚合物DEX-P(OEGMA-b-MGMA)骨架上,得到一类两亲性聚合物前药(DEX-P(OEGMA)-b-P(MGMA-DOX,表示为DOM@DOX)。与正常组织相比,肿瘤微环境中的独特条件(低的pH值)可以诱导药物准确释放到病变区域。该策略提供了一种有效的方法来克服药物意外泄漏和循环稳定性差的问题,从而减少副作用并增强癌症治疗的效果。在这项研究中,刷形结构的肿瘤酸响应纳米前药(DOM@DOX)是通过原子转移自由基聚合(ATRP)与亲水性OEGMA链连接,并进一步通过酸响应腙键与抗癌药阿霉素(DOX)结合。此外,DOM@DOX前药的DOX载药量高达48 wt%,并且该前药可以在水溶液中自组装形成稳定的球形纳米颗粒。在肿瘤特异性酸性环境中,前药中的腙键断裂,导致纳米颗粒破裂并释放出DOX。得益于DOM@DOX胶束小的粒径尺寸,该前药在荷瘤小鼠模型中表现出良好的瘤内渗透性和显著的肿瘤抑制效率,这将有利于开发用于增强化学疗法的新一代纳米药物。(2)为了提高化学疗法的治疗效率,制备了一类活性氧(ROS)响应性两亲性抗癌纳米药物DEX-b-P(CPTMA-co-OEGMA)(表示为DCPT)。该前药具有单分子胶束,ROS响应分解和药物控释的功能。在该系统中,喜树碱(CPT)被选作化疗药物,聚(乙二醇)甲基丙烯酸甲酯(OEGMA)起到亲水性作用,以增强聚合物前药胶束的水溶性。在肿瘤微环境中过高ROS水平下,胶束分解,同时抗癌药物CPT将从DCPT前药胶束中释放出来。将DCPT前药静脉内注射到小鼠中以评估抗肿瘤效果。首先,该药物可以通过EPR效应积聚在肿瘤部位。其次,高稳定性的DCPT前药胶束具有较高的肿瘤细胞吞噬效率,接着暴露于高ROS的线粒体中,最后活性CPT分子随着碳酸酯键的裂解而释放,进而导致线粒体损伤和细胞凋亡。这两种DCPT前药可有效抑制4T1肿瘤的生长,并具有出色的体内生物安全性。该类型纳米前药的合理设计可以作为发展肿瘤微环境响应性纳米前药的有效途径,从而提高化学疗法的疗效。(3)光动力疗法(PDT)具有微创和无系统毒性的优势,被视为与化学疗法协同治疗恶性肿瘤的一种新型治疗方法。然而,目前大多数临床上使用单一光敏剂(PS)或化学治疗剂,面临非选择性毒性,生理环境不稳定和治疗功效差等局限性。为了解决上述问题,我们设计了基于二硫键的还原响应性纳米凝胶(NGs)递送系统,通过化学交联负载上紫红素18(P18)与化学治疗剂10-羟基喜树碱(HCPT),以实现光动力/化学协同治疗。该DBHD@P18@HCPT纳米凝胶(表示为DPH NGs),具有高载药量和适宜的纳米凝胶尺寸(~60 nm),有利于纳米胶束在肿瘤组织的深穿透。在肿瘤环境中高含量谷胱甘肽(GSH)的刺激下,DPH NGs发生分解并选择性地将药物释放到肿瘤区域。P18不仅会在660 nm的激光照射下产生有毒性的活性氧(ROS)杀死癌细胞,而且还可以用作强大的近红外(NIR)荧光成像剂。同时,在P18和Mn2+离子络合的基础上,形成了DBHD@P18-Mn@HCPT纳米凝胶,使其具有磁共振(MR)成像能力。体外和体内实验结果表明DPH NGs在660 nm激光照射下均表现出优异的化疗效果和光治疗效果。此外,DPH NGs递送系统具有MRI/NIRF双模态成像功能,有利于精确的疾病诊断和实时监测治疗进展。
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