pH敏感性Y型聚乙二醇—聚谷氨酸键合阿霉素的合成及自组装行为研究

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得益于聚合物科学的进步,越来越多的新型合成聚合物正用于纳米药物传递系统(NDDS)的构建并通过增强渗透和保留(EPR)效应实现对肿瘤部位的靶向治疗。聚乙二醇-聚谷氨酸由于其良好的生物相容性和易于功能化修饰等优点正被广泛用于构建多种纳米粒,通过酸敏感的腙键将阿霉素连接到谷氨酸链上形成pH敏感性高分子聚合物前药正是利用了这种特性。当前相关领域关于聚合物键合阿霉素前药的研究,几乎全部集中于AB线性聚合物,很少有研究关注Y型两亲性聚合物前药的自组装特性及其应用于药物递送系统的潜力。对于具有相同分子量疏水嵌段的线性与Y型聚合物前药,研究由其构成的纳米粒在粒径、载药量及释放行为之间的差异,对于阐明Y型聚合物前药在自组装上的特性具有一定的意义。因此,本研究设计并合成了具有pH敏感性的聚乙二醇-聚谷氨酸-阿霉素生物可降解高分子键合药,并对具有Y型链段结构的两亲性聚合物前药的物理化学性质、自组装特征、载药潜力、缓释能力及体外抗肿瘤性能进行了研究。本文主要研究由Y型共聚物通过酸敏感的腙键共轭阿霉素后自组装形成的胶束作为抗肿瘤制剂。首先通过改良的Fuchs-Farthing法合成了用于肽链构建的聚合单体——氨基酸环内酸酐(BLG-NCA),随后利用氨基聚乙二醇引发氨基酸环内酸酐的阴离子开环聚合反应合成了四种具不同嵌段构成方式的结构确切、分子量分布窄(PDI小于1.2)的聚乙二醇-聚谷氨酸苄酯共聚物,并利用红外光谱(FT-IR)、氢核磁共振(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等分析手段对产物进行了结构确证。随后合成的共聚物与水合肼通过氨解反应将谷氨酸侧链的苄酯保护基团替换为酰肼基团,随后将阿霉素通过生成腙键接枝到共聚物上,合成了Y型聚乙二醇-聚(谷氨酸-阿霉素)2和线性聚乙二醇-聚(谷氨酸-阿霉素)聚合物并对结构进行了表征。以芘荧光探针法对所合成的四种聚乙二醇-聚谷氨酸-阿霉素聚合物的临界聚集浓度进行了测定,结果表明这些聚合物均具有较强的自组装趋势(CAC在3.8~9.0mg/L),并且Y型聚合物的CAC值要低于同聚合度的线性聚合物,表明其具有更好的热力学稳定性。通过透析法制备了相应的聚合物胶束,并对胶束的粒径、粒径分布、形态、载药量和药物释放行为进行了测定。结果表明,改变疏水链段的长度可有效实现胶束粒径与载药量的控制。此外,当固定胶束的载药量在18%时,Y型聚合物胶束相比于线性胶束显现出较小的粒径(160nm和230nm)。采用透析法考察了四种胶束的体外释放,结果表明载药胶束的释放具有pH敏感性,在生理条件下(pH7.4),所有胶束都具有明显的缓释效果;在酸性条件下(pH5.0)所有胶束释放药物的速率明显加快,相比于生理条件胶束制剂在酸性条件下大约可多释放30%的药物,并且Y型聚合物胶束内的阿霉素释放的更加完全。以人宫颈癌HeLa细胞为模型,采用MTT法对空白胶束的体外细胞毒性进行了评价,结果表明:未键合药物的聚合物在0.05~50μg/mL的浓度范围内,细胞的存活率均在95%以上,不产生显著的细胞毒作用,具有优良的生物相容性。以MTT法测定了载药胶束对HeLa细胞的抗肿瘤活性,研究结果表明Y型键合药胶束相比于线性胶束显示出更强的细胞毒作用。通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)研究了Hela细胞对载药胶束的摄取,结果显示两种胶束均可以被细胞有效的摄取,且Y型键合药胶束的摄取率更高。根据以上研究结果,Y型聚乙二醇-聚(谷氨酸-阿霉素)2共聚物胶束结构更紧凑,其在酸性环境下药物的释放速率更快使肿瘤部位药物摄取和细胞内药物释放增强,这些性质表明其在构建纳米抗癌药物传递系统中具有一定的潜力。
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