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当前,为了提高药物负载量,有效避免药物暴释,具有可设计性和修饰性的孔材料逐渐的被应用到药物负载的研究中。由于药物释放的曲线依然无法被精确预测和控制,以至于药物释放量及释放速率不能够实现依据病人所需而精确调整。因此,研发“可编程”新型纳米载药体系,精确设计药物释放速率以及达到释放量峰值时间是非常具有研究价值和应用前景的研究,能够为个性化、定制化医疗提供新的工具。药物释放的动力学基础为主客体相互作用。药物释放曲线无法精确控制是因为克服主客体相互作用力所需活化能的能级通常是分立的,不可连续调控。在本论文中,我们利用金属-有机框架材料(MOFs)作为药物分子的新型载体,在结构中引入多种不同的有机官能团构建多元金属-有机框架材料(MTV-MOFs)。由于每一种官能团与药物分子的相互作用可以分别定量,因此MTV-MOF与药物分子的相互作用可以通过不同官能团的组合及组分的精确调控,在大范围内的连续调节药物的释放速率。此外,主客体之间的相互作用也被一定程度的量化。对于研究材料与客体分子之间的相互作用,尤其是弱相互作用(如氢键、π-π,静电相互作用、范德华力等)的定量提供了新的方法。利用这种对孔道化学环境在分子级别上的连续调控,首次实现了药物的指令化释放。值得一提的是这种方法不仅适用于单一药物分子的可控释放,而且可以用于多种药物组合的分别调控,即可以针对病患的实际需求,实现对药物释放曲线的精确“编程”。(1)利用溶剂热法,将对苯二甲酸,2-氨基对苯二甲酸,1,4-萘二苯甲酸三种配体按照一定的比例合成出一系列MTV-MIL-101(Fe)s材料。通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附以及EDS等表征手段,证明所合成的材料与已报道材料MIL-101(Fe)结构一致,形貌均为八面体,粒径约为300nm,具有较高的比表面积,且在得到的MTV-MOFs晶体中,配体均匀混合,并不是两种配体单独形成的MOFs材料的混合物。这为后面对客体分子的释放分析提供了依据。(2)活化后的MTV-MIL-101(Fe)s材料,加入到客体分子(布洛芬、罗丹明B和阿霉素)的乙醇溶液中,对客体分子进行单一负载或共负载。得到了布洛芬和罗丹明 B 分别单负载的 MIL-101(Fe)-(NH2)x MIL-101(Fe)-(C4H4)x,MIL-101(Fe)-(NH2)x(C4H4)1-x 体系和阿霉素单负载的 MIL-101(Fe)-(NH2)x(C4H4)1-x体系,以及布洛芬和罗丹明B共负载MIL-1O1(Fe)-(NH2)x(C4H4)1-x体系和布洛芬和阿霉素共负载MIL-101(Fe)-(NH2)x(C4H4)1-x体系。所有负载客体分子后的样品使用透明质酸进行包裹,并利用NaOH溶液将复合物降解之后,使用HPLC和荧光分光光度计对样品负载客体分子的量进行测试。(3)负载客体分子并经过透明质酸包裹后的样品,使用透析袋,在HEPES缓冲溶液中进行释放研究。缓冲溶液在特定的时间进行更换,释放液使用HPLC和荧光分光光度计对释放量进行测试,对结果整理,作图。在单负载体系中,当1,4-萘二苯甲酸在框架中的含量增加时,布洛芬释放变快;当-NH2官能团增加时,释放减慢。对比三种配体与布洛芬之间的相互作用强弱顺序为:与2-氨基对苯二甲酸的作用最强,与1,4-萘二苯甲酸作用最弱,与对苯二甲酸的作用处于二者之间。在罗丹明B的单独负载体系,罗丹明B释放随着1,4-萘二苯甲酸在框架中的含量增加时,释放变缓;随着-NH2官能团增加时,释放相应加快。与2-氨基对苯二甲酸的作用最弱,与1,4-萘二苯甲酸作用最强,与对苯二甲酸的作用处于二者之间。在阿霉素单独负载体系,阿霉素释放规律与罗丹明B相同,当-C4H4在框架中的含量增加时,释放变缓;当-NH2官能团增加时,释放相应加快。这说明,在单负载体系中,通过调节配体在框架中的比例,实现了对客体分子“指令化”释放的目的。同时,通过对客体分子共释放体系的研究发现,每一种客体分子的释放规律与单负载时的规律相同。在布洛芬和罗丹明B共负载的体系中,当-C4H4在框架中的含量增加时,布洛芬释放加快,罗丹明B的释放变慢;当-NH2官能团增加时,布洛芬释放减慢,罗丹明B的释放加快。在阿霉素和布洛芬共同负载的体系,布洛芬的释放规律不变,而阿霉素的释放行为与罗丹明B相同。所以,MTV-MOFs的体系实现了对两种客体分子的同时“程序化”的调控释放。(4)基于扩散理论,我们推导出Weibull模型,并赋予该模型中的参数实际的物理意义:k为与主客体之间相互作用有关的参数,n为与客体与客体分子之间的相互作用有关的参数。使用Weibull模型对客体分子的释放曲线进行拟合,发现拟合结果与实验所得结果一致。将Weibull模型与阿伦尼乌斯公式结合得出-ln k与能量成正比关系。将所得的-lnk值对配体在框架中的比例作图发现,-ln k值与配体比例呈线性关系,说明客体分子与主体框架材料之间的相互作用能与配体比例有关,调节配体的比例能够指令化框架与客体分子之间的相互作用,进一步实现药物分子指令化释放。使用Weibull模型对客体分子的释放进行预测,预测曲线与实验所得释放曲线一致,证明Weibull模型在该体系中的适用性。通过理想化载体模型,计算得出客体分子最大释放量的变化趋势。在MTV-MOFs体系中,最大释放量峰值出现的时间与配体在框架中的比例有关,控制配体的比例,能够调控客体分子的最大释放量出现时间。作为对比,在单一配体MOFs的物理混合物体系中,出现两个最大释放量峰值,分别对应两种不同MOFs框架。改变比例时,峰值的强度发生变化,但是峰值出现的时间保持不变。所以物理混合体系并不能达到调控客体分子最大释放量峰值的作用。在阿霉素负载的MIL-101(Fe)-(NH2)x(C4H4)1-x体系中,阿霉素的最大释放量出现的时间从第17天位移到第29天,产生了 12天的时间跨度,说明MTV-MOFs体系确实能够调控客体分子最大释放峰值出现的时间。证实MTV-MOFs作为药物载体,能够调控药物释放的行为和峰值,实现药物释放“程序化”,在定制化的治疗疾病中有巨大的研究价值和应用前景。