功能化Zein基紫杉醇药物递送系统的制备及性能研究

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玉米醇溶蛋白(zein)是一种天然、生物相容、可生物降解的可再生材料,因其独特的两亲性和自组装特点,zein常被制备成微纳粒子、薄膜和纤维,广泛应用于抗肿瘤、疫苗、组织工程和基因递送等医药领域。但zein不具备靶向性和免疫逃逸能力,使得所制备的药物递送系统(Drug delivery system,DDS)无法在病变部位累积,或在还未到达病变部位之前就已被免疫系统清除。此外,zein是一种混合蛋白,对其进行各种修饰和改善的机制尚未清楚,分离和纯化是进一步开发利用zein的必经之路。针对zein存在的上述问题,本文选取广谱抗癌药物紫杉醇(PTX)为模型药物,对zein进行修饰改性和分离纯化,结合现代表征技术,深入研究zein基载体材料的药物负载、药物-载体共组装原理及其DDS性能,以制备安全的、功能化的zein基DDS。研究内容主要包括:(1)功能化zein改善Au@SiO2血液相容性和肿瘤治疗效果的研究。本文发现当Au@SiO2浓度>200μg/m L时,会引起严重的溶血现象,红细胞形态转变为针刺状,其溶血率高达107%。采用功能化zein包覆后,避免了溶血现象的发生,在25-800μg/m L浓度范围内的溶血率降低至1.4-4.0%,且细胞膜的形态没有发生变化,表明RGD-Zein-Au@SiO2纳米粒对RBCs没有溶血作用。功能化zein与Au@SiO2作用使得自身结构发生反转,从而通过占据Au@SiO2的活性位点,阻止了Au@SiO2与红细胞的作用。药物释放实验表明,药物在2 h时仅释放了13%,且在2-48 h内未发生突释,说明所制备的药物载体可避免药物过早泄漏。细胞毒性实验和细胞摄取实验结果表明,所制备的药物载体具有较强的肿瘤细胞抑制能力(细胞存活率仅为35%)和强的细胞摄取能力(99.3%)。(2)α和β-zein的分离纯化及其分子结构、自组装行为和药物递送性能差异的研究。根据不同溶解性,分离纯化了zein的主要成分α和β-zein,采用AFM,在分子水平上考察了α和β-zein在载药前后的自组装行为和力学性质。结果表明,α-zein自组装纳米粒在乙醇中具有较高的粘附力(99.45±6.90 n N),解释了α-zein不可控自组装导致的爆发成核。负载PTX后,α-zein的杨氏模量从525.57±53.82 MPa显著降低到95.35±20.98 MPa,表明PTX-β-zein纳米粒结构较为疏松。采用荧光猝灭方法,研究了α和β-zein与药物间的相互作用,建立了药物与载体相互作用的数学模型,表明PTX与α-zein相互作用的主要驱动力是疏水力,而PTX与β-zein相互作用的主要驱动力是氢键和范德华力;(35)G值为负值,表明PTX与α-zein或β-zein的结合是一个自发过程,但其相互作用的性质有所不同。体外细胞毒性研究表明,不同的自组装行为导致了其对癌细胞不同的抑制能力,说明α和β-zein的不同自组装行为对药物递送性能具有不同的影响。最后分析了α和β-zein的自组装机理。(3)癌细胞膜包覆α-zein纳米仿生DDS的制备及性能研究。溶剂选择是制备α-zein纳米粒的关键因素,本文研究了不同溶剂对α-zein溶解性和自组装行为的影响,综合粒度均匀性、稳定性和毒性等因素筛选了合适的溶剂,并通过挤出融合装置制备出B16癌细胞膜(CCM)改性的α-zein基纳米载体。AFM、FTIR和zeta电势分析证明,成功制备了纳米载药系统;SDS-PAGE蛋白电泳结果表明,挤出融合之后CCM-α-zein完整保留了α-zein和CCM的蛋白;溶血性实验和非肿瘤细胞实验验证了所制备DDS的安全性。采用NMR,XRD和TG-DSC表征了药物负载行为,证明成功负载了药物,并筛选和优化了合适的药物比例。通过细胞实验,考察了所制备载体的性能,表明48h时B16细胞迁移面积减少了5.79%;克隆形成实验表明,A549、Hela和B16细胞的给药组克隆形成率分别为57.8%,67.1%和0%,说明对B16细胞的抑制能力比较强;Hoechst检测细胞核活性结果表明,B16细胞细胞核裂解为碎块;荧光显微镜、流式细胞仪的定性和定量结果表明,包裹有B16细胞膜的药物载具备同源靶向能力。
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