聚乙二醇—聚氨基酸嵌段共聚物的合成与性能研究

摘要

肿瘤是威胁人类健康的多发病，已经成为人类面临的“头号杀手”。化学药物治疗和基因治疗是治疗肿瘤的两个重要方法，但是化疗药物往往毒副作用大，基因则在体内循环时极易被核酸酶降解，导致两者疗效较差。因此，科学家们希望通过制备低毒高效的载体材料运载化疗药物或者治疗基因到达肿瘤组织，从而定向杀死肿瘤细胞，治愈癌症。两亲性嵌段共聚物胶束具有稳定的结构，数十纳米的颗粒尺寸和较低的临界胶束浓度(CMC)等优点，是目前经常使用也研究最多的纳米载体材料之一。纳米胶束可以通过被动靶向和主动靶向方式运输到肿瘤细胞，前者利用载体胶束可控的纳米尺寸逃避网状内皮吞噬系统(RES)的吸收和增强渗透保留效应(EPR效应)实现在肿瘤细胞中的积累；后者则是在胶束表面修饰有靶向配体，生物标记分子等与靶细胞上特异受体结合主动靶向到肿瘤细胞。本论文设计和制备了一系列基于聚氨基酸(PAA)的两亲性嵌段共聚物的胶束，其具有良好的生物活性、生物相容性、生物可降解性，可以作为药物、基因或两者共传递的纳米载体。本课题的研究为发展高效低毒的抗肿瘤纳米药物提供依据，为开辟个体化治疗提供相关技术保障。
　　本论文主要做了以下几个方面的工作：
　　第一部分：从生物可降解高分子材料的国内外发展现状出发，分别介绍了PAA材料和聚乙二醇.聚氨基酸(PEG-b-PAA)材料的特点与合成方法。然后介绍了两亲性嵌段共聚物胶束的特点以及基于聚合物胶束的药物控释体系在药物传递和基因传递及两者共传递的应用。
　　第二部分：通过大分子氨基聚乙二醇单甲醚(MPEG-NH2)引发Nε-苄氧羰基-L-赖氨酸酸酐(Lys(Z)-NCA)开环聚合合成了聚乙二醇单甲醚-b-聚(Nε-苄氧羰基-L-赖氨酸)(MPEG-b-PZLL-NH2)，然后利用此两嵌段共聚物作为大分子引发剂再次引发亮氨酸酸酐(Leu-NCA)开环聚合反应，得到聚乙二醇单甲醚-b-聚(Nε-苄氧羰基-L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)(MPEG-b-PZLL-b-PLLeu)，最后酸解脱去PZLL侧链的保护基获得一种新型的生物可降解的三嵌段共聚物聚乙二醇单甲醚b-聚(L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)(MPEG-b-PLL-b-PLLeu)。共聚物经过傅里叶红外光谱(FT-IR)，核磁共振氢谱(1H NMR)，凝胶渗透色谱(GPC)的表征与分析表明，成功合成了所设计的三嵌段共聚物。
　　第三部分：制备了MPEG-b-PLL-b-PLLeu胶束，使用动态光散色(DLS)粒度仪、透射电子显微镜(TEM)以及Zeta电位仪对胶束的稳定性、粒径和电位进行了考察，发现聚合物胶束具有较强稳定性，粒径均低于100 nm，电位在50 mv左右。胶束的体外药物控制释放研究表明，该胶束对基于阿霉素(DOX)的药物模型具有较好聚乙二醇-聚氨基酸嵌段共聚物的合成与性能研究的控释行为并且具有明显的pH敏感性，是一种具有较大应用潜力的药物载体。同时该胶束能与质粒DNA(pDNA)通过静电吸附作用形成复合物，所形成的复合物在人胚肾细胞293T(HEK293T)中有较高的转染效率。材料的以上性质使得该系列嵌段聚合物胶束有了进一步研究的价值，并有望实现药物和基因共传递。
　　第四部分：采用第二部分类似的实验方法合成了端羧基聚乙二醇-b-聚(Nε-苄氧羰基-L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)(HOOC-PEG-b-PZLL-b-PLLeu-NH2)，然后在PLLeu末端连接上具有荧光属性的芘丁酸(PBA)和在PEG端接上能够和功能化环糊精(CD)发生包结配位作用的金刚烷(AD)，最后使用33％HBr/AcOH溶液酸解脱去PZLL侧链的苄氧羰基保护基得到金刚烷-聚乙二醇-b-聚(L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)-芘丁酸(AD-PEG-b-PLL-b-PLLeu-PBA)，FT-IR、1H NMR、DLS表征与分析表明成功合成了所设计的嵌段共聚物并具有较小的胶束粒径。

目录

文摘

英文文摘

本文所用英文缩写词表

第1章 绪 论

1.1 生物可降解高分子材料

1.1.1 生物可降解聚合物材料定义、分类及其应用

1.1.2 化学合成可降解高分子材料

1.2 PAA材料

1.2.1 PAA材料特点

1.2.2 PAA的制备

1.2.3 氨基酸NCA的制备方法

1.2.4 NCA开环聚合机理

1.3 PEG-b-PAA嵌段聚合物材料

1.3.1 PEG-b-PAA嵌段聚合物材料特点

1.3.2 PEG-b-PAA嵌段共聚物的合成

1.4 两亲性嵌段聚合物胶束

1.4.1 胶束的形成和特点

1.4.2 胶束的制备

1.4.3 胶束的载药

1.4.4 胶束释药及体内分布特性

1.5 PEG-b-PAA嵌段聚合物胶束药物控释系统

1.5.1 靶向传递系统

1.5.2 主动与被动靶向的药物传送系统

1.5.3 主动与被动靶向的基因传送系统

1.5.4 药物与基因共传递系统

1.6 研究意义和选题思路

第2章 聚乙二醇-b-聚(L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)的合成与表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 原料及试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 氨基酸NCA的合成

2.2.4 MPEG-b-PZLL的合成

2.2.5 MPEG-b-PZLL-b-PLLeu的合成

2.2.6 MPEG-b-PZLL-b-PLLeu的Z基团脱保护

2.2.7 分析检测条件

2.3 结果与讨论

2.3.1 氨基酸NCA的合成

2.3.2 聚合物的合成

2.3.3 聚合物的表征

2.4 本章小结

第3章 聚乙二醇-b-聚(L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)胶束的药物控释与生物性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 原料及试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 MPEG-b-PLL-b-PLLeu胶束的制备

3.2.4 包载DOX的MPEG-b-PLL-b-PLLeu胶束的制备

3.2.5 标准曲线绘制

3.2.6 聚合物胶束的CMC检测

3.2.7 聚合物胶束的药物控制释放

3.2.8 聚合物胶束的粒径，电位及稳定性考量

3.2.9 细胞毒性实验

3.2.10 聚合物胶束负载pDNA

3.2.11 聚合物胶束与pDNA复合物的体外细胞转染

3.3 结果与讨论

3.3.1 胶束行为表征

3.3.2 检测方法的建立

3.3.3 胶束载药及药物控释

3.3.4 胶束粒径及稳定性分析

3.3.5 细胞毒性分析

3.3.6 pDNA凝胶阻滞实验

3.3.7 体外细胞转染实验

3.4 本章小结

第4章 金刚烷-聚乙二醇-b-聚(L-赖氨酸)-b-聚(L-亮氨酸)-芘丁酸的合成与表征

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 原料及试剂

4.2.2 测试仪器

4.2.3 氨基酸NCA的合成

4.2.4 HOOC-PEG-b-PZLL的合成

4.2.5 HOOC-PEG-b-PZLL-b-PLLeu的合成

4.2.6 HOOC-PEG-b-PZLL-b-PLLeu-PBA的合成

4.2.7 AD-PEG-b-PZLL-b-PLLeu-PBA的合成

4.2.8 AD-PEG-b-PZLL-b-PLLeu-PBA的Z基团的脱保护

4.2.9 AD-PEG-b-PLL-b-PLLeu-PBA胶束的制备

4.2.10 分析检测条件

4.3 结果与讨论

4.3.1 聚合物的合成

4.3.2 FT-IR分析

4.3.31H NMR分析

4.3.4 聚合度分析

4.3.5 粒径与Zeta电位分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

附录已发表的论文与专利

致 谢