基于环糊精的两亲性超分子聚合物的设计、合成及其作为智能药物载体的性能研究

摘要

环状分子中的环糊精家族（CDs）由于具有广阔的应用性，易于官能化，独特的两亲性以及具有较强的包结络合能力而被广泛研究。将环糊精化学与生物高分子聚合物结合，产生了新型生物医用高分子材料。基于环糊精的超分子聚合物形成的自组装体作为药物载体是一类人们长期研究的药物控制释放体系。在种类众多的药物控制释放体系中，基于环糊精的超分子聚合物形成的药物载体凭借其独特的性质，受到了科研工作者们的广泛关注。基于环糊精的超分子聚合物不仅具有良好的生物可降解性、生物相容性等优点，同时还具有与特定的客体分子形成超分子复合物并在特定刺激条件下可逆性解离的特性。本学位论文以β-环糊精为原料，通过对其进行修饰，与客体分子二茂铁通过主客体识别作用组装得到了具有刺激响应性的超分子自组装体，并以该两亲性超分子自组装体形成的胶束/囊泡作为药物载体，研究了其自组装行为、ROS/GSH刺激响应性行为、以及药物释放行为。具体内容包括以下三方面：
　　（1）总结了环糊精功能化聚合物的类型，将环糊精聚合物分为：I.连接在主链上的环糊精聚合物；II.以环糊精作为中心/桥连的聚合物；III.悬挂在侧链上的环糊精聚合物。连接在主链上的环糊精聚合物又分为：a.通过非共价键形成聚轮烷结构的环糊精聚合物；b.通过共价键连接在主链上的环糊精聚合物。而悬挂在侧链上的环糊精聚合物按照合成策略可分为：c.聚合含有环糊精的甲基丙烯酸酯单体；d.将环糊精键合到聚合物前体上。同时，列举了基于环糊精功能化超分子聚合物作为生物材料的一些应用。
　　（2）利用具有还原响应性的β-环糊精-二茂铁双头单元，制备了新型双重氧化还原响应性的超分子嵌段共聚物，它由二硫键桥接的β-环糊精-二茂铁超分子单元与端基修饰有二茂铁的聚（寡聚乙二醇）单甲醚甲基丙烯酸酯(Fc-P(OEGMA))在水溶液中组装得到。通过调节疏水超分子单元 Fc-SS-β-CD与亲水聚合物链段 Fc-P(OEGMA)的摩尔比，可以简单有效地调控两亲性超分子自组装体的形貌（胶束/囊泡）和纳米粒子的粒径大小（147 nm/381 nm）。该两亲性自组装体对肿瘤细胞内的氧化/还原环境具有响应性，通过肿瘤细胞内高浓度的GSH使二硫键断裂或者通过部分肿瘤细胞内高浓度的ROS使二茂铁氧化从而脱离β-环糊精的疏水空腔，使疏水超分子链段碎裂，从而达到破坏两亲性超分子自组装体的目的。阿霉素作为模型药物，能有效地物理包埋在两亲性超分子自组装体中。体外药物释放结果显示，模拟肿瘤细胞内还原微环境（TCEP10 mM），72 h后从胶束和囊泡中释放出来的阿霉素的累积释放量分别为60％、52%；模拟肿瘤细胞内氧化微环境（NaClO1 mM），72 h后从胶束和囊泡中释放出来的阿霉素的累积释放量分别为54%、43%。将Fc-SS-β-CD/Fc-P(OEGMA)通过超分子作用组装形成不同形貌的自组装体，为制备具有双重还原响应性药物载体提供了一种新的方法。
　　（3）利用β-环糊精与二茂铁的主客体识别作用，制备了一系列新型氧化响应性星状超分子聚合物。这些超分子胶束是由二茂铁修饰的3、4、6臂聚己内酯（Fc-PCL）疏水链段和由β-环糊精引发聚合的聚（寡聚乙二醇）单甲醚甲基丙烯酸酯(3Br-β-CD-(POEGMA))亲水链段构成。疏水链段与亲水链段通过主客体识别作用在水相中组装成两亲性星状自组装体，并在低于临界聚集浓度时形成单分子胶束。为了研究两亲性星状自组装体的稳定性，将不同链段长度的3臂亲水链段与四臂疏水链段在水溶液中组装成聚合物胶束。DLS数据结果显示，随着亲水链段长度增长，12臂自组装体的临界聚集浓度升高，说明12臂自组装体的稳定性增加；将3、4、6臂疏水链段与3臂亲水链段在水溶液中组装成聚合物胶束， DLS数据结果显示，12臂自组装体的临界聚集浓度相较于9臂，18臂自组装体更大，说明其稳定性更好。阿霉素作为模型药物，能有效地物理包埋在星状超分子胶束中。体外药物释放结果显示，模拟肿瘤细胞内氧化微环境（NaClO0.2 mM），72 h后从9臂、12臂、18臂星状超分子胶束中释放出的阿霉素的累积释放量分别为70.3%、63.6%、69.7%，12臂星状超分子胶束相较于9臂、18臂星状超分子胶束具有更高的载药量和包封率。将Fc-PCL/3Br-β-CD-(POEGMA)通过超分子作用组装成星状超分子胶束，提供了一种简单制备氧化响应性星状超分子聚合物的方法。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 环糊精功能化聚合物

1.2.1 连接在主链上的环糊精聚合物

1.2.2 以环糊精作为中心/桥连的聚合物

1.2.3 侧链悬挂有环糊精的聚合物

1.3 研究展望

参考文献

第二章 利用还原性β-环糊精-二茂铁双头单元制备双重还原氧化响应性超分子嵌段共聚物

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器

2.3 超分子嵌段共聚物（Fc–SS-β-CD/Fc-POEGMA）的合成和表征

2.3.1 单-6取代-对甲苯磺酰基-β-环糊精的合成(Tos-β-CD)

2.3.2 单-6取代-叠氮-β-环糊精的合成(N3-β-CD)

2.3.3 二茂铁修饰的乙二醇的合成（Fc-EG）

2.3.4炔丙基单取代的3, 3’-二硫代二丙酸的合成

2.3.5二茂铁、炔丙基双取代的3, 3’-二硫代二丙酸的合成

2.3.6 Fc-SS-C≡CH和N3-β-CD点击偶联制备还原响应性Fc-SS-β-CD单元

2.3.7 二茂铁修饰的链转移试剂的合成(Fc-CPADB)

2.3.8以二茂铁修饰的链转移试剂RAFT聚合(Fc-P(OEGMA))

2.3.9 阿霉素标准工作曲线的绘制

2.3.10 制备超分子胶束

2.3.11 制备超分子囊泡

2.3.12 体外药物释放实验

2.4 结果与讨论

2.5 结论

参考文献

第三章 一种基于主客体识别制备氧化响应性星状超分子聚合物的方法

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验仪器

3.3 Fc-PCL/β-CD-POEGMA星状聚合物的合成和表征

3.3.1 多臂聚己内酯（PCL-OH）的合成

3.3.2 二茂铁酰氯（Chlorocarbonyl Ferrocene）的制备

3.3.3 二茂铁修饰的多臂聚己内酯（PCL-Fc）的合成

3.3.4 大分子引发剂3Br-β-CD的合成

3.3.5 ATRP聚合制备亲水链段(3Br-β-CD-(POEGMA))

3.3.6 两亲性星状超分子聚合物的自组装

3.3.7 体外药物释放实验

3.4 结果与讨论

3.4.1 多臂聚己内酯疏水链段的合成

3.4.2 (3Br-β-CD)作为大分子引发剂聚合(3Br-β-CD-(POEGMA))

3.4.3 超分子胶束的TEM和DLS分析

3.4.4 体外药物释放实验

3.5 结论

参考文献

全文总结

攻读硕士学位期间已发表和待发表论文

致谢