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药物在治疗疾病过程中,在对病毒作用的同时也对正常细胞、蛋白作用,特别是当药物进入人体后,总要通过血浆的贮存和运输,达到受体部位发生药理作用,多数有机药物在血浆中都或多或少地与血浆蛋白结合,结合后的药物不易穿透毛细管壁,限制其进一步运输,这对药物在体内的代谢和分布产生重要影响,是药物动力学及临床药理学的主要内容之一,也是药物对人体产生副作用的主要原因之一。表面活性剂及其分子有序组合体在结构上与一些生物体系具有相似性,用它们作仿生材料来模拟生命体系,研究生命体系的物理化学性质、细胞间的相互作用、药物在生命体系中的变化和作用等,这样既解决了一些生命组织无法直接得到或难以得到的问题,又有利于仿生材料的研究和开发,为生命体系中生物分子间的相互作用、模拟细胞间的相互作用与机理的研究提供理论依据。将有助于探讨表面活性剂对药物与实体活细胞间相互作用的研究,也有助于研究药物对人体的副作用机理,提高药效,降低药物副作用,达到能使药物游离、控制与蛋白结合的药物的释放,调节正常蛋白的性质和结构,减少药物对正常蛋白的影响等。因此,研究表面活性剂及其有序组合体(囊泡)对药物与蛋白间相互作用与影响,具有重要的理论意义和实际意义。
本论文选用一些典型正、负离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂,运用紫外-可见光谱、荧光光谱、圆二色谱、高效液相色谱、电导率、动电位、影像分析、负染-TEM、冷冻蚀刻—TEM、动态光散射、小角X—射线衍射等研究方法,研究药物(如病毒唑、阿昔洛韦和布洛芬等)与蛋白(如血红蛋白Hb)间的相互作用,分析比较各种表面活性剂对药物与蛋白间的作用与影响的程度,探讨典型表面活性剂及其有序组合体(非离子型囊泡)与蛋白的相互作用与机理、表面活性剂对药物与蛋白间的相互作用与影响,达到能使药物游离、调控与蛋白结合的药物的释放;深入研究稳定性的非离子囊泡的微结构,首次获得了囊泡膜厚度和层数。
1.通过紫外、荧光、动电位、电导率、圆二色谱和负染—电镜等方法,研究广谱抗病毒药(阿昔洛韦和利巴韦林)与血红蛋白(Hb)间的相互作用及其药物对Hb结构、性质的影响。阿昔洛韦能与Hb可形成复合物,一个Hb分子平均可结合1.26个阿昔洛韦分子。阿昔洛韦能使Hb荧光猝灭,其静态和动态荧光猝灭常数分别为8.062x1012 l·mol-1·s-1和2.982x104 l·mol-1,猝灭半衰期为8.809min,能量转移效率为0.46,Hb中214-色氨酸残基与第一结合点位间的距离约为2.62nm。随着阿昔洛韦浓度增加,Hb荧光偏振度、动电位均增加,Hb特征荧光强度和体系电导率下降;Hb中α-螺旋含量减小,β-折叠、β-翻转和无规结构含量略有增加。随着体系pH增加,Hb紫外吸收强度和荧光强度先增加后减小。在阿昔洛韦/Hb/H2O体系中,游离阿昔洛韦含量约为58%,阿昔洛韦—Hb复合物的含量为6%,稳定吸附在Hb表面的阿昔洛韦含量约为30.5%。随着药物利巴韦林浓度增加,Hb中高铁血色原逐渐向高铁血红蛋白转化,Hb荧光特征峰强度、动电位负值和α-螺旋含量减小,β-折叠先增加后减小,β-翻转和无规结构含量变化较小。利巴韦林对Hb动态荧光猝灭常数为1510 mol-1·L,荧光衰减半衰期为4.85min。
2.典型阴、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和PEG 6000在低浓度条件下对Hb性质、结构性质均有影响。离子型表面活性剂对蛋白的特性和结构形貌的影响较非离子型表面活性剂和PEG 6000对蛋白的特性和结构形貌的影响大。在低表面活性剂浓度条件下,随着表面活性剂浓度的增加,Hb荧光强度、荧光偏振度均增强。SDS浓度增加,Hb表面电荷性质和动电位减小;CTAB浓度增加,Hb表面电荷性质和动电位增加;非表面活性剂浓度增加,Hb表面电荷性质和动电位也减小,但减小幅度相对较小。Hb/SDS/H2O体系的电导率先快速增加后缓慢增加,Hb/CTAB/H2O体系的电导率先基本不变、再缓慢增加、最后快速增加。当表面活性剂浓度较高时,Hb结构变得松散,甚至被完全被打开,发生明显的变性。
3.运用紫外、荧光、荧光偏振、动电位、电导率、圆二色谱、负染—电镜和高效液相色谱等方法,研究在低表面活性剂浓度下Hb/阿昔洛韦/表面活性剂/H2O体系中阿昔洛韦与Hb间相互作用特别是药物存在时表面活性剂对Hb特性的影响,探讨蛋白变性前后的结构形貌、电学性质的变化规律及其影响因素。结果表明:表面活性剂与Hb间相互作用较阿昔洛韦与Hb间相互作用强。随着表面活性剂浓度的增加,表面活性剂能逐渐将吸附、定位于Hb表面的阿昔洛韦释放、游离出来,体系中游离阿昔洛韦的百分含量逐渐增加。由于阿昔洛韦所引起Hb结构形态的收缩又逐渐展开,Hb的荧光光谱、动电位等也逐渐恢复甚至能恢复到Hb原来的特性。Hb—阿昔洛韦缔合物的稳定性、结合常数和结合点位数均减小,阿昔洛韦对Hb静态猝灭常数、非辐射能量转移效率也减小,色氨酸残基与第一结合点位间的距离增加。在低表面活性剂浓度范围内,虽然调节表面活性剂组成能控制Hb的多个性质,也能使Hb的部分性质得到恢复,但不能使Hb的形貌和二级结构参数完全得到恢复。蛋白结构一旦被打开,表面活性剂无法使其完全复原。
4.在一定质量比条件下,由Tween 80、Span 80、PEG 6000和水,可制备具有生物型、高稳定的非离子型囊泡。运用紫外、荧光、动电位、圆二色谱、负染—电镜、冷冻蚀刻、小角X—ray衍射、粘度法和高效液相色谱等方法,研究该囊泡性质、稳定机理、对药物的增溶—助溶作用以及对蛋白性质的影响,首次获得了囊泡膜的厚度和层数。结果表明:该囊泡稳定时间可超过360天,具有较好的稀释性能,对亲水性药物和疏水性药物均具有较好的增溶—助溶作用。蛋白能够吸附于囊泡膜表面,导致蛋白的肽链在囊泡膜表面逐渐伸展,二级结构发生变化,Hb电性质和稳定性也发生改变。Hb在Hb/囊泡体系中的稳定性较在Hb/H2O体系中的稳定性高,囊泡体系能起到保护蛋白、免受药物的影响、延长蛋白的保存时间等作用。PEG 6000、Span 80和水均影响囊泡的大小和稳定性。由层状液晶制得的囊泡的大小和微结构与由各物质直接混合而制得的囊泡大小和微结构有区别,前者仍能保留着部分层状液晶的层结构特性。随着放置时间的增加,前者可逐渐转变为后者。囊泡膜的厚度和层数分别为6-22nm和1-3.5。