刺激响应性功能高分子纳米材料的研究

摘要

过去十几年，基于海藻酸钠纳米材料的药物传递系统已经广泛应用于癌症治疗的研究中。但其传统的制备方法，大多需要使用有机试剂，如有毒有害的溶剂、催化剂、偶联剂或表面活性剂等，这些化学物质在最终使用前难以除尽，从而易产生毒副作用，使其应用受到限制。另一方面，尽管肿瘤组织与正常组织之间存在着显著的生物学差异，然而，单一刺激响应性材料因为其控释条件单一、靶向性差、细胞内释放量少、药物利用度低等缺点，往往无法达到药物治疗的要求。基于以上两个研究背景，本论文制备了两种多重响应性纳米凝胶，以盐酸阿霉素(doxorubicin, DOX)为药物模型，进行了药物的控释行为研究，有望实现对癌症的智能化治疗。
　　首先，以海藻酸钠（sodium algnate, SA）为原料、氯化钙为交联剂，在超声下通过一步法制备了pH响应性载药纳米凝胶(DOX-loaded pH-AN)，然后利用海藻酸钠上的羧基与抗癌药物DOX上氨基间的静电相互作用，实现了对药物的包载。研究结果表明，当海藻酸钠的浓度（高于0.50 mg/mL或低于0.10 mg/mL）或海藻酸钠上羧基与钙离子的摩尔比（高于2.0:0.5或低于2.0:1.5）过高或过低时，均不能形成纳米凝胶。当海藻酸钠的质量浓度为0.10 mg/mL、海藻酸钠上羧基与钙离子的摩尔比为2.0:1.0、海藻酸钠上羧基与阿霉素的摩尔比为1.0:0.08时，所制备的载药纳米凝胶的粒径为210±30 nm、表面电位为-37.6±0.5 mV，该条件为其最优化制备条件。透射电镜结果显示其形貌规则、呈球形结构，尺寸大小和马尔文激光粒度仪测得的结果相一致。粒径稳定性和药物释放实验表明载药纳米凝胶在pH7.4的中性环境中具有良好的稳定性，但在pH5.0的弱酸性介质中发生解离，具有pH响应性。细胞毒性实验结果表明纳米凝胶本身具有良好的生物相容性，其对弱酸性介质的响应性，不仅可有效抑制人宫颈癌细胞（HeLa）生长（IC50=0.26μg/mL），达到与 DOX相当的水平（IC50=0.18μg/mL）；还可以有效降低药物对小鼠成纤维细胞（NIH3T3）的毒副作用。激光共聚焦结果表明HeLa细胞能够有效实现对载药纳米凝胶的内吞，凝胶内释放出的药物DOX可快速进入细胞核，实现对细胞生长的抑制。
　　接下来，以 SA为原料，在其侧链上引入巯基；然后通过与实验室合成的3,3'-二硒代二丙酸的交换反应，在其侧链上成功修饰具有还原响应性的硒硫键；最后利用海藻酸钠上的羧基与抗癌药物DOX和氨基化四氧化三铁的氨基间的静电相互作用，实现对药物的包载，得到具有 pH/还原双响应的磁性复合载药纳米凝胶(MDSeSAN-gel)。在最优化制备条件下，成功得到粒径大小为105±15 nm、表面电位为-44.2±0.7 mV、饱和磁强度为53.4 emu/g Fe的载药纳米凝胶。粒径稳定性和药物释放实验均表明其同时具有pH和还原响应性。其在pH7.4环境下的药物释放量仅为22.7％，而在pH5.0/10 mM谷胱甘肽（glutathione, GSH）的环境下的药物释放量(97.5%)比在pH5.0/10μM GSH(56.9%)的释放量高将近一倍，还原响应性显著增加。细胞毒性实验表明，纳米凝胶本身基本无毒，载药纳米凝胶对HeLa的生长具有有明显的抑制能力（IC50=0.29μg/mL），达到与DOX（IC50=0.18μg/mL）相当的水平。激光共聚焦实验表明，载药纳米凝胶成功进入HeLa细胞内，且释放出的DOX可成功作用于细胞核。体内抗肿瘤实验显示载药纳米凝胶的使用对BALB/c小鼠的体重没有显著影响，但其对肿瘤的抑制率达到76.6%，明显高于DOX对肿瘤的抑制率(52.6%)。
　　综上所述，本论文所制备的纳米凝胶载体在药物缓控释领域中具有重要的应用前景。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1癌症与阿霉素

1.2纳米药物载体

1.3纳米凝胶作为药物载体

1.4 智能型纳米凝胶

1.5本论文的立题思路

第2章 pH响应性海藻酸钠纳米凝胶的制备、表征及其药物控释行为

2.1引言

2.2实验材料与仪器

2.3实验方法

2.4结果与讨论

2.5本章结论

第3章 pH/GSH双响应磁性纳米凝胶的制备、表征和药物控释行为

3.1引言

3.2实验材料与仪器

3.3实验方法

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 全文结论与创新点

4.1全文结论

4.2 创新点

参考文献

攻读硕士期间已发表和待发表的论文

致谢