新型骨架型近红外光响应温敏水凝胶的构筑及其多功能抗肿瘤研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:emslwh
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基于肿瘤组织原位药物递送是实现肿瘤精准治疗的有效途径。可注射智能响应水凝胶具有很好的生物相容性,其多孔网络结构能很好的负载化疗药物或新型治疗试剂(如光热、光动力试剂、磁热治疗试剂、基因、抗体等),并能原位响应于病理组织微环境或外界刺激变化,如pH、温度、酶、光、磁场、电场等,实现长效释放,按需给药,以及多机制联合抗癌治疗。在增加病人耐受性的同时又能最大程度保证药效,从而获得最佳抗肿瘤疗效和最小化系统毒性。特别是近红外(Near infrared,NIR)光调控的智能原位凝胶系统受益于光的远程易操控性、高度时空精准性以及具有NIR驱动的光热光动力联合治疗潜力使得其在局部癌症治疗领域具有广阔的应用前景。然而,当前NIR光响应的光治疗智能凝胶系统往往其凝胶本身缺乏光响应性和抗肿瘤效果,依赖于所负载的外源性NIR光活性试剂。由于这些光治疗试剂通常与聚合物网络之间相互作用较弱,光治疗试剂容易流失导致其重复治疗效果逐渐变差。同时光治疗试剂被包埋在凝胶内部不能直接暴露于NIR光下,限制了其光热转换效率。因此,重复治疗效果差和光热转换效率低是当前光治疗凝胶平台存在的主要问题。此外,NIR光响应的光治疗智能凝胶系统通常响应于NIR-Ⅰ区窗口,所对应的穿透深度有限。开发出具有骨架光响应以及NIR-Ⅱ区窗口光驱动的多功能智能凝胶系统用于深部肿瘤的联合治疗具有理论意义和实际临床价值。基于以上分析,本论文以多功能共轭聚合物为研究基础,通过化学接枝或物理缠绕包覆的方式分别得到NIR-Ⅰ和NIR-Ⅱ区光响应的亲水性共轭聚合物,并将其作为凝胶骨架或构筑单元通过温和的超分子主客体自组装构筑形成骨架近红外光响应温敏水凝胶。受益于共轭聚合物骨架的近红外光吸收特性和光热转换效应,所制备的多功能智能凝胶不仅可以作为原位药物控释载体,同时其本身也可以作为一种高效的光治疗试剂。我们研究了其负载化疗药物、光动力试剂等在定点递送、智能控释和多机制联合抗肿瘤治疗中的应用。主要内容如下:1.PPG-peg5k/α-CD骨架近红外光响应温敏水凝胶用于阿霉素药物控释和协同光热化疗通过N-苯基甘氨酸为单体以过硫酸铵为氧化剂进行化学氧化聚合,合成了一种新型含大量羧基可修饰位点的聚N-苯基甘氨酸(Poly N-phenylglycine,PPG)。该PPG聚合物主链由苯环和醌环通过亚氨键以单双键交替链接而成,具有类聚苯胺的共轭结构。进一步通过与甲氧基聚乙二醇氨(Methoxypolyethylene glycol ammonia,MW:5000,mPEG-NH2)发生酰胺化缩合反应,得到了PEG修饰的水溶性共轭聚合物骨架(PPG-peg5k),并通过紫外测试和808 nm激光激发证实了其具有强烈的NIR吸收和光热升温效果。接下来通过与α-环糊精(α-cyclodextrin,α-CD)进行主客体组装交联形成骨架近红外响应温敏水凝胶(PPG-peg5k/α-CD),用于NIR触发的按需递送和组合光热化疗。共轭聚合物骨架可直接吸收近红外光并转化为热能,赋予PPG-peg5k/α-CD水凝胶优异的光热转换效率(η=52.62%)和增强的光热稳定性。同时,温和的主客体自组装作为刺激开关组分赋予水凝胶光热驱动的可逆凝胶-溶胶温敏转变和剪切变稀的可注射性。其上临界溶液转变(Upper critical solution temperature,UCST=4552 ℃)处于光热治疗(Photothermal therapy,PTT)区间,在光热治疗的同时能够触发凝胶相转变以释放药物进行协同治疗。光热诱导的凝胶-溶胶转变能实现对模型药物阿霉素(Doxorubicin,DOX)的远程控释。此外,PPG-peg5k/α-CD介导的协同光热化疗不仅有效诱导体外4T1细胞死亡,而且通过一次性瘤内注射和多次低功率近红外光(0.15 W cm-2)反复治疗后,能达到有效消除4T1乳腺癌的效果。PPG-peg5k/α-CD作为多功能水凝胶系统,将骨架近红外光响应特性和可逆的温敏相转变融合于一体,为光控药物递送和联合光热抗癌治疗提供了新的智能平台。2.PPG-peg4k/α-CD骨架近红外光响应温敏水凝胶用于控释吲哚菁绿和联合光热光动力治疗吲哚菁绿(Indocyanine green,ICG)是一种集光热、光动力和近红外荧光成像于一体的多功能诊疗试剂,但其光热不稳定性、血浆半衰期短和缺乏靶向能力限制了其单独使用。在上述工作基础上,首先将聚N-苯基甘氨酸与聚乙二醇(Polyethylene glycol,MW:4000,PEG)进行酯化缩合反应得到水溶性共轭聚合物骨架(PPG-peg4k)。接下来,将PPG-peg4k与环糊精进行超分子自组装构筑成骨架近红外光响应温敏水凝胶(PPG-peg4k/α-CD),用于稳定ICG和高效光热/光动力联合抗肿瘤治疗。PPG-peg4k/α-CD中的共轭聚合物主链不仅能通过π-π堆积相互作用稳定芳香族光治疗剂(ICG)以提升其稳定性并有效避免非NIR治疗期间的不良泄露,同时它也能直接将NIR光转换成热能诱导局部热疗以增强光热效应。合成的PPG-peg4k/α-CD显示出可逆且易于调节的凝胶-溶胶上临界溶液温度(UCST=43-50℃)。通过NIR光热诱导的凝胶-溶胶转变能远程控制ICG的开/关释放。体外和体内抗肿瘤实验表明,ICG负载的PPG-peg4k/α-CD水凝胶不仅能有效诱导4T1癌细胞死亡,而且通过一次性瘤内注射和低剂量808 nm激光(0.14 W cm-2)介导下的反复光热/光动力联合治疗能实现光消融大部分4T1乳腺癌的功效。此外,与单独的光热疗法(PTT)或光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)治疗相比,组合光治疗能更彻底的杀死癌细胞避免肿瘤复发。3.(PPG@peg6k/α-CD)NIR-Ⅱ区骨架光响应温敏水凝胶用于光控顺铂释放和联合光热化疗NIR-Ⅱ区相对于NIR-Ⅰ区具有更深的组织穿透能力和更好的激光耐受性,合成具有NIR-Ⅱ区光响应的智能凝胶治疗系统具有重要意义。将N-苯基甘氨酸在酸性介质和聚乙二醇(Polyethylene glycol,MW:6000,PEG)存在下原位聚合获得NIR-Ⅱ区光吸收的水溶性掺杂态共轭聚合物复合纳米粒(PPG@peg6k),该复合光热纳米粒作为凝胶构筑单元,通过与α-环糊精的超分子自组装进一步制备得到NIR-Ⅱ区光响应的温敏水凝胶。由于凝胶构筑单元本身吸收NIR-Ⅱ区光并介导光热转化,具有稳定而高效的光热效果。在NIR-Ⅱ激光1064nm照射下,局部光热效应不仅能高效杀死高侵袭性三阴性乳腺癌细胞(Triple negative breast cancer,TNBC),同时还能触发温敏凝胶-溶胶转变介导顺铂的反复控释,减少顺铂的脱靶毒性,并获得化疗光热治疗协同增强的抗肿瘤活性。这项工作不仅为NIR-Ⅱ区光控顺铂释放和化疗-光热联合治疗提供了一种新颖的多功能平台,而且为合理设计NIR-Ⅱ区光响应水凝胶用于干预高侵袭性癌症提供了一种有前景的策略。
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