超顺磁性Fe3O4磁性聚合物载药胶束的制备与磁靶向载药体系性能研究

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癌症是目前威胁人类生命健康的头号杀手,癌症的非手术治疗手段主要包括放疗和化疗。由于抗肿瘤药物对肿瘤细胞缺乏特异选择性,对正常细胞也产生同样的杀伤效果。因此,肿瘤靶向治疗在肿瘤的治疗过程中越来越显得尤为重要。抗肿瘤靶向药物传输系统是肿瘤靶向的重要方面,把有效的抗癌药物选择性地输送到肿瘤病灶,合理控制药物剂量,从而降低抗肿瘤药物对正常组织的毒副作用。磁性靶向药物传输系统是靶向传输体系的一种,它是由药物、磁铁粒子及骨架材料组成的给药体系,在外磁场的作用下将抗肿瘤药物选择性地送达并定位于肿瘤病灶。本文旨在通过超顺磁性Fe3O4磁性聚合物载药胶束的制备,探讨制备磁靶向药物传输体系的新途径。研究制备阿霉素载药胶束和Fe3O4阿霉素磁性载药胶束的方法,在制备胶束的基础上对两种聚合物载药胶束进行含量测定及结构表征。目的:设计和制备具有磁响应的磁性聚合物载药胶束。首先,通过聚合物反应合成不同分子量的嵌段聚合物MePEG-PCL,在对嵌段聚合物进行表征的基础上,通过临界胶束浓度的测定等手段进行聚合物的筛选,确定适宜的聚合物。其次,通过溶剂热法合成超顺磁性的疏水Fe3O4纳米粒子,并对其性能进行表征。最后,以MePEG-PCL为聚合物,超顺磁的疏水Fe3O4纳米粒子为磁性材料,常用的抗肿瘤药物阿霉素为模型药物,在探讨影响胶束形成的各种因素的基础上制备阿霉素载药胶束和Fe3O4阿霉素磁性载药胶束,分别对两种聚合物载药胶束进行含量测定及结构表征。探讨不同pH介质中载药胶束的药物释放行为,考察胶束体系的细胞毒性及磁性聚合物胶束的体外磁响应能力,探索制备具有磁靶向的药物传输体系的新方法。方法:通过开环聚合法合成不同分子量、不同链长的两嵌段聚合物MePEG-PCL和三嵌段共聚物PCL-PEG-PCL。采用甲氧基聚乙二醇、ε-己内酯、聚氧乙烯6000为原料,以辛酸亚锡为催化剂,采用本体聚合法合成聚乙二醇—聚己内酯两嵌段聚合物和聚己内酯—聚乙二醇—聚己内酯三嵌段聚合物。并通过核磁共振氢谱(1HNMR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)对共聚物的性能进行表征。荧光法测定聚合物的临界胶束浓度,考察聚合物形成胶束的能力。以阿霉素为模型药物,采用透析法制备聚合物载药胶束。考察各种制备因素对聚合物胶束胶束大小及载药量的影响。通过TEM及粒径分析对胶束进行表征,并通过体外释药实验测定阿霉素聚合物胶束的释药曲线。采用溶剂热反应方法,在较低的温度下,以乙酰丙酮铁为原料,油胺为还原剂,在正己烷中,合成粒径小于20nm的单分散的疏水的Fe3O4磁性纳米粒子。探讨制备反应的影响因素(溶剂与还原剂的比例、反应温度和反应时间等)对合成反应的影响。通过透射电子显微镜(TEM),X光粉末衍射,傅立叶变换红外光谱和热重分析等方法研究了纳米粒子表面吸附和电磁性能。以MePEG-PCL为聚合物,阿霉素为模型药物,超顺磁性疏水Fe3O4纳米粒子为磁性材料,制备负载超顺磁氧化铁(SIONP)及抗肿瘤药物阿霉素(DOX)磁性聚合物胶束载药体系。以期获得对癌细胞的磁靶向功能和治疗作用的载药体系。通过TEM、粒径分析等手段对磁性胶束进行表征。采用体外磁场及震动样品磁强计(VSM)对磁性胶束的磁性能进行测定。通过体外释药实验考察磁性聚合物胶束中阿霉素的释放特性。采用CCK-8法比较阿霉素/PEG-PCL空白胶束/阿霉素载药胶束/磁性阿霉素载药胶束的细胞毒性,考察不同胶束体系对K562细胞增殖的抑制作用。并通过流式细胞仪测定荧光强度,用以定性考察细胞内中阿霉素的含量,同时通过动物实验对磁性聚合物胶束的磁靶向性进行初步研究。结果:通过开环聚合反应合成了MePEG-PCL嵌段聚合物。分别以MePEG和PEG6000为大分子引发剂,辛酸亚锡为催化剂,反应温度130℃,反应36h,辛酸亚锡与ε-己内酯质量比为1/200分别合成了两嵌段和三嵌段的PEG-PCL聚合物。1HNMR图谱显示出PCL和MePEG相应的化学位移,FT-IR谱图显示2946cm-1和2893cm-1处为-CH的伸缩振动吸收峰,1734cm-1处为羰基C=O的伸缩振动特征峰,1195cm-1为C-O的伸缩振动峰,说明共聚物中含有-COO-基团;2893cm-1的吸收峰为亚甲基的C-H伸缩振动吸收峰,1107cm-1处为C-O-C的伸缩振动特征峰,他们分别与MePEG的亚甲基和醚键相对应,FT-IR结果证明共聚物中含有MePEG和PCL的结构单元。产物GPC谱图只含有一个单峰,说明体系中只含有一种聚合物,两种产物的分散指数PDI分别为1.23和1.27,表明产物具有较好的单分散性。根据1HNMR和GPC谱图结果计算出嵌段聚合物的分子量,结果表明合成的聚合物的分子量与预计合成的分子量较为吻合。DSC谱图显示随着疏水链段的增加,玻璃化温度提高,相应的DSC的吸热峰向高温方向移动。总之,本合成方法产率高,产品纯度高。合成的聚合物分子量符合预期,具有较好的单分散性。采用一种简单、方便的溶剂热合成方法,以乙酰丙酮铁为原料,油胺为还原剂,低沸点的正己烷为溶剂,在190℃反应8h制备出单分散的超顺磁性疏水性Fe3O4纳米粒子。Fe3O4纳米粒子的粒径可以通过调节反应体系中油胺与正己烷的体积比来控制。FI-RI和热重分析表明制备的Fe3O4粒子表面存在油胺分子形成的多层吸附层,这层吸附层的存在对纳米粒子的表面性质和稳定性具有重要的作用。油胺在合成反应中既是还原剂又是稳定剂。Fe3O4纳米粒子具有强疏水性,可以在正己烷中形成稳定的均匀的分散体系。以合成的嵌段聚合物为载体,以阿霉素为模型药物,用透析法制备了负载阿霉素的聚合物胶束。采用五种合成聚合物制备了阿霉素聚合物胶束,结果显示,三嵌段聚合物所形成的胶束粒径明显大于两嵌段聚合物,胶束的载药能力仅与疏水链段的分子量相关。当聚合物的分子量相同时,两嵌段聚合物形成的胶束的载药量大于三嵌段聚合物形成的胶束。TEM照片显示,胶束为核-壳结构的球形粒子。胶束形状规则,粒度大小均一,粒径和zeta电位测定显示空白胶束的粒径为65.2nm,载药胶束的粒径为76.6nm,载药胶束的zeta电位为-5.79mv。RP-HPLC法测得阿霉素聚合物胶束的平均载药量为(1.8±0.2)%,平均包封率为(45.2±2.1)%。阿霉素聚合物胶束的体外释放实验结果表明在聚合物胶束中阿霉素具有缓释的特性,阿霉素的释放具有明显的pH值依赖性。以粒径为7nm的超顺磁性Fe3O4为磁性材料,MePEG5K-PCL5K为聚合物材料,阿霉素为模型药物,采用透析法制备了载有Fe3O4和阿霉素的磁性聚合物载药胶束。TEM显示磁性聚合物载药胶束为核-壳结构的球形颗粒。聚合物胶束中载铁量为15.2±2.3%(w/w),阿霉素的载药量为1.8±0.2%(w/w)。Fe3O4和药物的加入增大了胶束内核的体积,使胶束的粒径增大。体外磁响应实验显示磁性聚合物胶束具有较好的磁响应能力,磁滞回线的测定表明在胶核内的Fe3O4保持其超顺磁性的性能,但由于聚合物的存在,使其饱和磁化强度由59.70emu/g降低为24.71emu/g。体外释药实验表明磁性载药胶束阿霉素的释放与聚合物胶束中阿霉素的释放行为相似,为pH依赖的两段式释放模式。在pH值7.4的PBS缓冲溶液中两者的释放行为无明显差异。而pH值5.5的酸性环境下,磁性聚合物中阿霉素的累计释放量略大于只负载阿霉素的胶束中阿霉素的释放量。实验结果表明成功的合成了具有磁响应的磁性聚合物胶束。细胞毒性实验表明阿霉素在不同的载体环境中对K562细胞具有不同的抑制细胞增殖作用,24h内自由形式的阿霉素具有最高的抑制作用,而48h后阿霉素胶束和磁性阿霉素胶束的抑制作用显著增大,而自由状态的阿霉素的抑制作用增长缓慢,表明胶束的存在对阿霉素的释放存在明显的缓释作用。同时,48h后磁性阿霉素胶束对细胞增殖的抑制作用远远高于阿霉素胶束组表明Fe3O4纳米粒子能增强阿霉素的药效。流式细胞分析仪监测48h后细胞内阿霉素的荧光强度显示磁性阿霉素胶束中阿霉素的荧光强度高于自由状态阿霉素及阿霉素胶束。说明Fe3O4磁性纳米颗粒的存在可以提高阿霉素在细胞中的浓度。小鼠肾脏中阿霉素含量的测定显示在外磁场作用下的的肾脏中阿霉素的含量明显增大,小鼠肾脏组织HE染色实验可观察到外磁场作用下的的肾脏中Fe3O4纳米粒子数量增多。这些都表明磁性聚合物胶束在体内具有较好的磁场响应,磁性载药胶束具有磁靶向作用结论:通过开环聚合物反应合成了MePEG-PCL嵌段聚合物,<sup>1HNMR,FT-IR,GPC和DSC等测试表明本合成的聚合物分子量符合预期,具有较好的单分散性。溶剂热法合成了超顺磁性的疏水Fe3O4纳米粒子,Fe3O4纳米粒子的粒径可以通过调节反应体系中油胺与正己烷的体积比来控制。以MePEG-PCL为聚合物,常用的抗肿瘤药物阿霉素为模型药物制备了核-壳结构的阿霉素载药胶束,胶束形状规则,粒度大小均一。在成功制备聚合物胶束的基础上采用超顺磁性疏水Fe3O4纳米粒子为磁性材料制备了Fe3O4阿霉素磁性载药胶束。磁性载药胶束阿霉素的释放与聚合物胶束中阿霉素的释放行为相似,为pH依赖的两段式释放模式。阿霉素在不同的载体环境中对K562细胞具有不同的抑制细胞增殖作用,胶束的存在对阿霉素的释放具有明显的缓释作用。磁性聚合物胶束在体内外具有磁场响应,磁性载药胶束是一种具有磁靶向作用的胶束载药系统。
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