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上世纪九十年代以来,纳米技术的兴起结合各种生物相容或生物降解型高分子的大量涌现,使得基于高分子纳米粒子的药物输送体系受到了人们广泛的关注。众多研究显示,纳米药物载体的尺寸及表面性质等对其体内分布和药物输送状况均有显著的影响。因此,高分子纳米粒子药物载体除了具备传统药物输送体系所具有的诸如提高药物溶解度、增加药物稳定性以及缓释等优点外,还可以大幅度地改变药物的组织分布和代谢,提高药效并降低毒副作用。借助这类药物输送体系,人们在被动靶向给药以及长循环时间的静脉注射给药,提高药物透粘膜输送效率和对特定组织或细胞的靶向给药等方面都取得了不少令人振奋的进展。
考虑到多数抗肿瘤药物溶解性和稳定性差、血药浓度半衰期短、毒副作用大、难以克服诸多生物屏障(如多药耐受系统MDR,粘膜屏障)等特点,在高分子纳米粒子药物输送体系的各种具体应用中,抗肿瘤药物的高分子纳米载体无疑是最能够体现此类药物输送体系优越性的一个方向。大量该领域的研究已经表明,基于高分子纳米粒子的抗肿瘤药物输送体系可以降低药物的系统毒副作用,提高药物的抗肿瘤疗效,在一定程度上展示了抗肿瘤药物高分子纳米载体的良好应用前景。但是,作为一个新兴领域,在高分子纳米粒子抗肿瘤药物输送体系的研究中,至今仍然存在一些有待解决的问题和需要进一步完善的地方。
1)载药纳米粒子的制备还具有许多经验或半经验的性质,缺乏对载药纳米粒子尺寸、形貌及表面理化性质的有效控制。
2)虽然已经有许多相当成熟的载药工艺可以用来制备载药纳米粒子,但是抗肿瘤药物纳米载体的载药量和负载效率还需要进一步提高,以免造成制剂成本过高以及用药时辅料摄入过多。
3)如何利用有限的生物相容或生物降解高分子材料,通过工艺的优化或新工艺的开发,实现对各类抗肿瘤药物的高效负载是与抗肿瘤药物高分子纳米载体能否大量进入实用阶段息息相关的课题。
4)目前多数抗肿瘤药物纳米载体的研究仍然停留在负载或体外实验阶段,对于抗肿瘤药物载药纳米粒子对药物体内分布、代谢状况或吸收特性以及抗肿瘤效果的影响至今仍了解不足,因此有必要在制备高载药量纳米粒子的基础上,有效地控制药物载体大小及表面性质,将抗肿瘤药物纳米载体在体内及药效方面的研究加以深入。
针对以上列举的抗肿瘤药物纳米粒子输送体系研究中存在的部分问题,本论文的主要目的有:
1)以我国特有的喜树碱类药物作为抗肿瘤药物模型,采用生物相容的聚酯类高分子,对喜树碱类药物高分子纳米药物载体的制备技术进行研究和开发,寻找工艺简单易行,载药效果良好的负载方法,制备具有高负载量和高载药效率的喜树碱类药物高分子纳米载体,探讨制备工艺对载药纳米粒子基本性质的影响。
2)研究喜树碱类药物经过高分子纳米粒子负载后,载体尺寸或组成对其释放特性的影响,载药纳米粒子对药物体内分布的改变情况以及对药物抗肿瘤功效的影响。
3)探讨表面修饰的喜树碱类药物高分子纳米载体对药物在小肠粘膜透过性的增强效果。
为实现上述目的,本论文主要工作及创新点如下:
1)采用自行合成的可生物降解两亲嵌段共聚物,聚(己内酯-丙交酯)-聚乙二醇一聚(己内酯-丙交酯)(PCLLA-PEG-PCLLA)为基体材料,首次通过纳米沉淀法制备了负载有喜树碱酯化衍生物,10-羟基喜树碱-10,20-二异丁基碳酸酯(HCPT-1)的纳米粒子。研究了嵌段共聚物组成以及纳米粒子制备条件对所得载体的性质和性能的影响,得出了以纳米沉淀法制备酯溶性药物载药纳米粒子时,载体尺寸及载药效果的影响因素和控制方法。考察了不同尺寸的载药纳米粒子经静注后对HCPT-1在小鼠体内分布的影响,得出粒径对药物分布有较明显影响的结论。
2)采用独创的二次纳米沉淀法,首次制备了具有较高载药量(>13%)和负载效率(>85%)的羟基喜树碱(HCPT)载药聚酯纳米粒子。该纳米粒子具有良好的稳定性,HCPT以无定形状态物理的分散于载体中,体系表现出典型的缓释特性。
3)考察了HCPT载药纳米粒子的体外抗肿瘤活性并且以接种了Sarcoma 180肿瘤的荷瘤小鼠为模型动物,考察了HCPT载药纳米粒子通过静脉注射的抗肿瘤效果和体内分布。结果显示,由于载药纳米粒子负载了具有高抗肿瘤活性的闭环形式HCPT,而且经过纳米粒子负载后,HCPT在小鼠各组织中的浓度和停留时间均有增加,HCPT载药纳米粒子表现出比HCPT自由药更加显著的抗肿瘤效果。
4)通过物理吸附法用具有生物黏附性的壳聚糖对HCPT载药纳米粒子进行表面修饰,首次研究了HCPT纳米载体以及表面修饰对HCPT透过Caco-2细胞单层膜转运的影响。结果表明纳米粒子药物载体能够提高HCPT的跨膜转运,而药物载体经过生物黏附性的壳聚糖修饰后,HCPT在Caco-2细胞单层的跨膜转运得到了进一步的增强,这一结果对于开发高效的口服抗肿瘤药物输送体系具有积极意义。