刺激响应性高分子药物控释载体的合成与应用

摘要

刺激响应性生物医药高分子材料，由于其优异的生物可降解性和生物相容性，在生物医用领域得到了广泛应用，例如：药物运载，基因输送，组织工程等。由于酸敏感型高分子在人体中性生理环境下能稳定存在，自组装形成的纳米颗粒可用于负载抗癌药物，而在肿瘤细胞组织弱酸性的微环境条件下可发生解离，释放出所包载的药物，达到快速有效治疗的效果，从而在癌症治疗方面具有良好的应用前景。本论文从酸敏感型两亲性高分子的结构出发，选用不同的生物相容性载体材料，如聚乙二醇、聚己内酯、聚磷酸酯和纤维素纳米晶体，结合其优点，设计并合成了一系列酸敏感型并具有良好生物相容性和生物可降解性的聚合物载体材料以及水溶性聚合物前药，用于抗肿瘤治疗。对于酸敏感型高分子作为生物医药载体的结构表征、组装性能、药物负载性能、生物相容性以及其在酸性条件下的水解性能进行了研究。本论文的主要内容包括以下几个方面：
　　(1) PCL-a-PEG-a-PCL的合成、表征及性能研究采用酸性条件下可水解的缩醛基连接亲水链段聚乙二醇和疏水链段聚己内酯，制备酸敏感型两亲性嵌段共聚物，作为药物载体负载抗癌药物阿霉素，并在模拟肿瘤环境的条件下进行快速释放。首先采用聚乙二醇作为起始材料，对其进行末端修饰，使其成为末端含有二叠氮乙基二缩醛基的聚乙二醇（N3-a-PEG-a-N3）；接着采用炔丙醇（propargyl alcohol）作为引发剂，ε-己内酯（ε-CL）作为单体，辛酸亚锡[Sn(Oct)2]作为催化剂，通过开环聚合(ROP)制备末端含有炔基的均聚物（propargyl-PCL）；最后将聚己内酯与上述所制备的末端修饰过的聚乙二醇进行金属 Cu(I)催化叠氮和炔基化合物的环加成反应[Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition，CuAAC“click”reaction]，制备具有酸敏感型的高分子药物载体。在中性生理条件下，该两亲性嵌段聚合物可以自组装形成纳米胶束，并成功负载疏水性抗癌药物阿霉素；而在弱酸性条件下，缩醛基发生水解，导致胶束结构被破坏，从而释放出所负载的阿霉素，达到快速有效的治疗效果。利用核磁共振氢谱（1H NMR）、核磁共振碳谱（13C NMR）、红外光谱（FT-IR）和凝胶渗透色谱（GPC）对共聚物的结构进行表征。采用荧光探针法测试共聚物的临界聚集浓度值（CAC）。通过透射电镜（TEM）与动态激光光散射仪（DLS）检测共聚物在水溶液中的自组装行为。采用细胞毒性测试（MTT法）、体外药物负载与释放实验以及活细胞工作站，评价共聚物作为药物载体的生物学性能，利用GPC和DLS对共聚物在酸性条件的水解行为进行研究。此外，进一步对比了酸敏感型共聚物与不含有缩醛基的两亲性共聚物的体外药物释放和细胞内吞结果。
　　(2) DOX-a-PEG-a-DOX的合成、表征及性能研究将二叠氮乙基二缩醛基聚乙二醇（N3-a-PEG-a-N3）与丙炔酸4-硝基苯酯（4-nitrophenyl progargyl carbonate,4-NPC）进行 CuAAC“点击”化学反应，制备末端为对硝基苯基的酸敏感型聚乙二醇（NC-a-PEG-a-NC）。所得产物与抗癌药物阿霉素（DOX）进行氨化反应，制备基于聚乙二醇的水溶性酸敏感型阿霉素前药（DOX-a-PEG-a-DOX）。酸性可裂解的缩醛基（-a-）以及氨基甲酸酯基作为链接基团连接亲水性的PEG链段以及疏水性的DOX。利用1H NMR、FT-IR对聚合物前药进行结构表征。采用荧光色谱以及高效液相色谱（HPLC）对聚合物前药中的阿霉素含量进行测试。利用透射电镜（TEM）与动态激光光散射仪（DLS）检测聚合物前药的自组装行为。通过细胞毒性测试（MTT法）、体外药物释放实验以及活细胞工作站，评价聚合物前药的生物学性能，并利用 DLS对聚合物前药在不同pH条件下的水解行为进行研究。
　　(3) CNC-graft-PEEP纳米晶体的合成与表征首先对天然高分子纤维素纳米晶体（cellulose nanocrystals, CNC）表面进行部分去磺酸化以及氯化反应，然后与叠氮化钠反应，向其表面引入叠氮基，得到叠氮基修饰的纳米晶体（CNC-N3）。使用丙炔醇作为引发剂引发环状磷酸酯单体 EOP进行开环聚合，得到末端为炔基的聚磷酸酯均聚物（propargyl-PEEP），将其与上述所制备的CNC-N3进行CuAAC“点击”化学反应，制备表面接枝聚磷酸酯的电负性生物相容性高分子载体材料 CNC-graft-PEEP纳米晶体。由于纳米晶体表面带有负电荷，阿霉素结构中的氨基通过质子化带有部分正电荷，因而纳米晶体可通过静电复合作用络合阿霉素。聚磷酸酯部分能有效提高载药纳米晶体在体循环过程中的稳定性。在细胞内，这种静电复合作用可因细胞内的离子进攻而被破坏。并且聚磷酸酯在肿瘤细胞内可发生降解，进一步加速阿霉素的释放。利用1H NMR、FT-IR对聚合物进行结构表征。采用荧光色谱对纳米晶体的体外负载阿霉素以及释放行为进行测试。利用透射电镜（TEM）和zeta电位测试分别检测纳米晶体的自组装形态以及表面电位。通过细胞毒性测试（MTT法）以及活细胞工作站评价纳米晶体的生物学性能。
　　(4) CNC-graft-PDMAEMA-co-PHEMA纳米晶体的合成与表征采用含有炔基的引发剂引发甲基丙烯酸酯类单体进行原子转移自由基聚合（ATRP），制备侧基含有阳离子的两亲性共聚物 alkynyl-poly(DMAEMA-co-HEMA)，接着与已制备的表面带有叠氮基的纤维素纳米晶体（CNC-N3）进行CuAAC“点击”化学反应，获得表面接枝阳离子型两亲性共聚物的CNC-graft-poly(DMAEMA-co-HEMA)纳米晶体。这种纳米晶体不仅可以负载阿霉素，也可以通过静电复合作用来络合 DNA，达到协同治疗的效果。利用1H NMR、FT-IR对聚合物进行结构表征。采用荧光色谱对纳米晶体的体外负载阿霉素以及释放行为进行测试。利用透射电镜（TEM）和zeta电位测试分别检测纳米晶体的组装行为以及表面电位。通过细胞毒性测试（MTT法）以及琼脂糖凝胶阻滞电泳初步评价了CNC-graft-poly(DMAEMA-co-HEMA)纳米晶体作为药物和基因共同载体的生物学性能。

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第一章 文献综述

1.1 刺激响应性高分子药物控释载体

1.2 刺激响应性聚合物前药

1.3 本论文的选题目的及意义

1.4 参考文献

第二章 利用“点击”化学构建含缩醛基的酸敏感型两亲性共聚物作为药物载体

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

2.5 参考文献

第三章 利用“点击”化学构建含缩醛基的酸敏感型两亲性共聚物作为药物载体

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

3.5 参考文献

第四章 聚磷酸酯修饰纤维素纳米晶用于构建pH响应性药物载体

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

4.5 参考文献

第五章 阳离子型两亲性共聚物接枝纤维素纳米晶体用于构建pH响应性药物和基因双重载体

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

5.5 参考文献

第六章 全文总结

6.1 全文总结

6.2 创新点

6.3 存在的问题和展望

攻读学位期间本人已发表论文、申请专利及获奖情况

已发表及待发表论文：

参加会议情况：

已授权的发明专利及申请专利：

所获荣誉及奖励：

致谢