基于新型硅载体材料装载高分子抗肿瘤药物及释放的研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanqianghuoer
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一直以来,癌症都是威胁人类健康的重大疾病之一。其中,化疗是一种常见癌症治疗手段,但由于抗癌药物的一些自身缺点,如低靶向性和副作用强,其治疗结果往往差强人意。在克服这些问题的过程中,纳米载体显示了其独特的优异性。一些常见的载体包括基于聚合物的纳米颗粒、胶束、药物缀合颗粒、脂质体等。纳米颗粒(NPs)拥有许多优点,例如高药物负载能力,可调节的物理化学性质以及可灵活的可修饰性。这些性质使NPs更适合于包封抗癌药物,从而改变它们的溶解性,稳定性和体内释放行为。此外,NPs的表面修饰可以延长其在血液中的循环并提供特异性靶向,同时减少不良反应的发生。然而在实际应用中,纳米粒子仍存在许多限制性缺点,无法达到预期的使用效果。大多数NPs会被免疫系统识别并作为外来物质消除。此时,出现了一种可被生物体所降解的新型硅载体,这也引起了我们极大的关注。硅载体在这种药物共同递送系统中显示出了极大的优势,它们具有良好的表面化学修饰,大的表面积以及支持核酸和药物包封的多孔结构。通常,评估纳米粒子递送系统性能的优劣可以通过测定其加载和释放药物的能力来判断,药物负载能力是有效输送药物的关键参数之一,药物在纳米粒子孔隙中的加载、吸附及释放受许多因素控制,所以我们可以通过加载不同类型的药物来评估硅载体的性能。近年来,聚合物材料已广泛用于生物学和医学中。近年来,聚合物材料已广泛用于生物学和医学中,通过聚合物材料将药物、肽、蛋白质或核酸递送到靶位点。许多纳米胶束的生物降解性和生物相容较好,如二嵌段,三嵌段或多嵌段共聚物胶束,可增强药物的渗透性以及保留效果。其中,聚(乳酸-共-羟基乙酸)PLGA纳米载体具有良好的生物相容性,通过聚乙二醇化后,形成具有核壳结构的mPEG-PLGA纳米颗粒,可用作有效的药物载体,同时递送亲水性和疏水性药物,以提高抗肿瘤效果。这种具有独特核-壳球形的纳米材料,同时可以根据需要来调节自身的纳米尺寸和结构,已经广泛用于药物递送系统,称为纳米级药物递送系统(纳米DDS)。DDS的核心包括药物或组合物,而外壳的结构有助于在体内或体外的生物介质中增加药代动力学活性。除此之外,DDS还具有通过网状内皮系统(RES)或肾脏过滤的能力,同时可以吸收体内用于清除较小粒子的物质。紫杉醇(PTX)是一种半合成植物生物碱,主要从红豆杉的树皮中分离出来,被食品和药物管理局批准为化学治疗剂。它通过稳定微管阻断细胞的有丝分裂触发细胞凋亡。它是乳腺癌,卵巢癌,头颈癌,非小细胞肺癌等癌症的重要治疗药物。尽管它在治疗癌症方面具有一定的临床普及性,但由于自身水溶性的限制,这种化学治疗药物的应用依然有限。纳米粒子递送系统的出现为我们提供了一种新的给药方法,它可以改变药物递送的选择性,提高对肿瘤的靶向性,解决了常规化学疗法中的大多数限制。通常载体是可生物降解的聚合物,生物相容性较好,再将其进行表面功能化修饰,可以更好适应与肿瘤相关的微环境并相互作用。纳米粒子载体与癌细胞的这种相互作用是化学治疗剂与细胞内细胞器的相互作用,这种细胞毒性是有特异性的,不会对正常细胞产生非特异性毒性。所以,纳米载体可以克服很多给药限制,其独特结构非常适合运载紫杉醇。比如,第一,当包埋在脂质基纳米载体或水溶性聚合物中,可以大大增加其溶解性。第二,由于EPR效应,纳米尺寸范围在10-200 nm之间的载体可以逃脱内源RES的识别,更准确的将药物输送到目标部位,从而提高了疗效。第三,纳米载体可以通过修饰特定的功能化配体用于主动靶向特定的癌细胞,增加肿瘤细胞的摄药量,同时降低全身细胞毒性并提高药物最大耐受剂量。但于此同时,我们也需要考虑一些其它因素,包括药物的释放模式,包埋药物的稳定性,生物相互作用和靶向行为的效率,以及细胞信号传导的分子机制从而使药物递送更安全高效。本论文主要由以下几个部分组成:1.Boc-GFLG-PTX的合成利用紫杉醇中羟基(-OH)与四肽GFLG(甘氨酸-苯丙氨酸-亮氨酸-甘氨酸)中甘氨酸C端的羧基(-COOH)发生酯化反应,从而将紫杉醇进行修饰,在给予氮气保护的反应条件下,逐滴加入缩合剂DCC(二环己基碳二亚胺)的溶液引发聚合反应,加入催化剂DMAP(4-二甲氨基吡啶)以加快反应的进行,由于紫杉醇亲水性较差,故选择极性较强的DMF(二甲基甲酰胺)为反应体系中的溶剂。通过1H NMR、FTIR和质谱测定了Boc-GFLG-PTX的结构。2.嵌段共聚物MePEG-PLGA的合成我们根据文献报道,通过溶液聚合法合成了嵌段共聚物MePEG-PLGA,以辛酸亚锡[Sn(Oct)2]为催化剂,按照预先设计的分子量,选用甲氧基聚乙二醇2000为嵌段共聚物大分子引发剂,在氮气保护下,利用混旋丙交酯和乙交酯的开环聚合反应来合成目标产物MePEG-PLGA,通过1HNMR和FTIR进一步确定其结构。通过透射电镜观察其表面形态、大小等。3.MePEG-PLGA对Boc-GFLG-PTX的装载我们所合成的MePEG-PLGA中亲水链为聚乙二醇端,而丙交酯与乙交酯反应形成的PLGA为疏水端,所以,在超声条件下MePEG-PLGA可以在水中自组装成球,并具有核-壳结构。并且在MePEG-PLGA自组装成球时,将所合成的药物Boc-GFLG-PTX包裹进纳米粒子中。我们评估了在不同浓度下的Boc-GFLG-PTX在MePEG-PLGA中的装载量情况,主要的检测方法为HPLC法,首先建立紫杉醇标准曲线,再测量不同浓度的Boc-GFLG-PTX在MePEG-PLGA中的装载量率,选出最优装载浓度。4.硅载体对MePEG-PLGA@Boc-GFLG-PTX的装载利用平衡吸附法将纳米载药纳米粒子MePEG-PLGA@Boc-GFLG-PTX装入硅载体。通过扫描电镜可以看出硅载体未装入药物以及装载后的变化,硅载体为圆形的纳米盘,在扫描电镜下观察到硅盘整体直径约为1.5μm,表面呈疏松多孔状,硅盘中孔的直径在30-100 nm之间,多数孔径大小为50 nm,这样的孔径大小与我们所制备的载药纳米粒子大小刚好吻合,装入纳米载药纳米粒子MePEG-PLGA@Boc-GFLG-PTX后的变化也可以通过扫描电镜观察得到,证明了药物装载成功。随后利用HPLC法测量不同浓度的MePEG-PLGA@Boc-GFLG-PTX在硅载体中的装载量率,选出最优装载浓度。5.药物释放、载体降解以及抗肿瘤效果的研究在pH为7.2的PBS和胎牛血清中研究了药物递送系统的释放情况。绘制体外药物释放曲线。在胎牛血清中模拟硅在血液中的降解,通过扫描电镜观察其降解的情况。MTT法检测Si/MePEG-PLGA@Boc-GFLG-PTX在24小时和48小时对A549细胞的杀伤作用,同时还检测了嵌段共聚物MePEG-PLGA和硅载体的细胞毒性。
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