肿瘤微环境响应性两性聚合物制备及药物释放

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化学疗法是目前人类癌症治疗的主要临床手段。通过纳米药物传递系统(nano drug delivery system,NDDS)可提高疏水性药物的分散性,有效降低药物的非特异性分布和体内的副作用,成为癌症治疗的重要发展方向。NDDS在循环系统的稳定性和肿瘤细胞内的释药特性是其发挥治疗效果的关键因素。亲水性聚合物,如聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)和两性离子聚合物,具有优异的抗非特异性蛋白吸附的性能和较高的生物相容性,可有效延长NDDS的体内循环时间,并通过EPR效应(Enhanced permeability and retention effect)使载体富集在肿瘤部位。此外,肿瘤细胞内的谷胱甘肽浓度比正常组织的浓度高,可通过还原响应性,提高细胞内药物载体的释放速度。基于以上分析,本论文构建了基于聚乙二醇(PEG)和两性离子聚合物具有还原响应性的聚合物胶束,探讨了聚合物胶束的结构和肿瘤微环境下的释药特性,对比了响应性载体和非响应性载体的抗癌效率。主要内容和结论包括以下两部分:1、构建具有还原响应性的两性离子体系。通过RAFT聚合法制备了具有二硫键连接的聚-ε-己内酯的两亲三嵌段共聚物和聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(PCBMA-SS-PCL-SS-PCBMA)聚合物。通过自组装法获得了聚合物胶束,通过DLS和TEM证明聚合物胶束分布窄且呈球形,直径约102±2 nm,具有稳定的结构。胶束在血清中具有超低蛋白吸收性能,且在DTT存在下有明显还原反应特性。胶束在后处理如离心和冻干后表现出很高的尺寸稳定性。共沉淀方法制备了载有盐酸阿霉素的聚合物载药胶束,GSH触发的PCBMA壳脱落可以导致胶束重组,加速了细胞内的药物释放。此类胶束具有低细胞毒性和较好生物相容性,其48 h的药物释放达到约61%,对人肝癌细胞的半数抑制浓度为0.72 mg/L,是不具备还原响应性的载药胶束的两倍(30%DOX释放和1.44 mg/L)。荧光倒置显微镜及流式细胞仪实验证明,DOX在肝癌细胞Hep G2中具有高的荧光强度,通过癌细胞内高的GSH浓度和还原响应性,实现对药物的快速释放,获得了较强的抑制细胞增殖的效果。2、构建具有还原响应性的聚乙二醇体系。首先对不同链长的PCL端基引入半胱氨,并通过端基的酰胺化反应,合成了三种PEG45-SS-PCL17-SS-PEG45、PEG45-SS-PCL31-SS-PEG45和PEG45-SS-PCL44-SS-PEG45的两亲性三嵌段共聚物。研究了疏水性聚合物长度对自组装行为的影响,制备水和动力学尺寸分别为41nm,56(±3)nm和79(±5)nm尺寸的聚合物胶束。三种聚合物都显示出较低的临界胶束浓度(CMC),聚合物胶束具有明显的还原响应性和低的细胞毒性。通过共沉淀法,制备了较高阿霉素负载效率的载药胶束。与氧化还原不敏感的PEG-b-PCL胶束相比,PEG-SS-PCL-SS-PEG胶束载体在细胞还原环境中显示出更快的DOX释放,由40%提高到80%,并且更高的细胞抑制增殖效果。这些研究结果初步表明,以亲水性聚合物PEG或两性离子聚合物聚羧酸甜菜碱为壳,以生物可降解聚-ε-己内酯为核的聚合物胶束,具有高的抗蛋白吸附性能和生物相容性。并在聚合物胶束核壳之间,引入二硫键,提高了此类胶束药物载体的细胞内释放速度,具有较好的癌细胞抑制增殖效果,有望在体内对肿瘤获得更好治疗效果。
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