载药纳米粒子与细胞膜相互作用的理论研究

摘要

在现代肿瘤治疗中，为取得较好的治疗效果，常将抗癌药物封装在一些纳米药物载体中。纳米载体可通过被动靶向、主动靶向或物理靶向的方式将药物聚集在病灶区并控制其释放，因而纳米载体表面常修饰一些具有靶向作用的基团。 本文基于Helfrich教授和欧阳钟灿院士提出的生物膜曲面弹性理论，结合平均场理论和柔性高分子链模型，针对纳米粒子表面是否修饰有高分子链，建立了载药纳米粒子与生物膜相互作用的两个理论模型。模型将生物膜视为由两亲性分子所形成的囊泡，考虑溶剂分子、载药粒子、修饰链与囊泡之间的作用，采用曲面变分技术重新推导得到了平衡状态下的囊泡形状方程。通过对形状方程坐标转化后进行数值求解，获得了在囊泡在不同参数条件（载药粒子与囊泡距离、各组分作用强度、内外压差、囊泡表面张力、囊泡弯曲刚度）下的形状以及体系自由能的变化规律。 模拟结果表明，生物膜的最终形态是由生物膜的弯曲弹性能、表面张力能和各组分与膜的相互作用能之间的平衡所决定的。当修饰有高分子链时，载药粒子对生物膜形状的扰动更为明显。当载药粒子与膜相互排斥、修饰链与膜相互吸引时，计算得到生物膜的形状是最有利于包裹载药粒子的形状。但当修饰链密度过大时，则不利于载药粒子被膜包裹。修饰有吸附作用的链段使得载药粒子在靠近生物膜表面过程中不需要外界提供过多的能量。此外，生物膜自身属性也是影响其变形能力的重要因素，如生物膜的弯曲刚度越大，抵抗变形的能力就越强。

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终稿4