功能化小分子修饰的聚磷酸酯共聚物用于药物和基因载体

摘要

聚磷酸酯(Polyphosphoesters,PPEs)是一类具有优异的生物相容性和生物可降解性的聚酯。聚磷酸酯主链含五价磷原子,侧链可修饰上多种功能基团,能够调节聚合物的水溶性,同时向聚合物中引入具有生物活性的小分子。此外,在酸、碱以及磷酸酯酶的存在下,聚磷酸酯可以快速水解,水解产物不会改变局部组织的pH环境。以上优异性能使聚磷酸酯在生物医药领域获得越来越多的重视。
　　本论文采用开环聚合法(ROP)合成了具有生物相容性和生物可降解性的聚磷酸酯共聚物,并采用紫外光诱导的巯基-烯(thiol-ene)点击化学反应,对聚磷酸酯侧基的碳碳双键进行加成,向聚合物侧链引入生物活性小分子。对聚合物的化学结构和性质进行了表征,并将聚合物用作疏水性抗癌药物的载体,研究了相关性能。
　　本论文的工作内容主要分为以下三个部分:
　　(1)以苄醇(BzOH)作为引发剂,在辛酸亚锡[Sn(Oct)2]的催化下,引发环状磷酸酯单体2-丙烯酸乙酯氧基-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(OPEA)和?-己内酯(?-CL)进行开环聚合反应,得到无规共聚物poly(CL-co-OPEA);利用thiol-ene方法,选用3-巯基丙酸为巯基试剂,对聚磷酸酯的侧基双键进行加成,得到侧基带有羧基的poly(CL-co-OPEA-COOH);在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)存在的条件下,poly(CL-co-OPEA-COOH)的侧基羧基与半乳糖胺发生酰胺化反应,得到最终产物poly(CL-co-OPEA-Gal)。通过核磁共振氢谱(1H NMR)、核磁共振磷谱(31P NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)测试,证明成功地制备了无规共聚物 poly(CL-co-OPEA),1H NMR验证了poly(CL-co-OPEA-COOH)和 poly(CL-co-OPEA-Gal)的化学结构。通过3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)试验表征共聚物的细胞毒性,结果表明共聚物在修饰前后均具有良好的生物相容性。
　　(2)半乳糖胺修饰的无规共聚物poly(CL-co-OPEA-Gal)用于运载抗癌药物阿霉素(DOX)的相关性能研究。poly(CL-co-OPEA-Gal)是两亲性聚合物,能够在水溶液中进行自组装形成聚合物胶束,其中,PCL单元呈疏水性,能够在组装时形成胶束的核,而亲水性聚磷酸酯单元则形成壳舒展在胶束外部。由于聚合物具有良好的生物相容性并且修饰有肝靶向性的半乳糖胺,聚合物胶束可以进一步用于包载抗癌药物阿霉素,形成具有肝靶向性的纳米载药体系。poly(CL-co-OPEA)未经肝靶向小分子修饰,可以作为对照组进行载药以及后续表征实验。使用透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)对聚合物空白胶束、聚合物载药胶束的粒子形貌、粒径大小及粒径分布进行表征。药物释放试验对载药胶束在中性和弱酸性条件下的药物释放曲线进行对比,发现该纳米载药体系具有一定的环境敏感性。通过活细胞工作站和流式细胞仪对载药胶束的细胞内化过程进行详细研究,证明半乳糖胺修饰的载药胶束能够通过受体-配体相互作用进入肝癌细胞,具有显著的靶向性。同时,细胞毒性测试表明半乳糖胺修饰的载药胶束能够有效地抑制人肝癌细胞(HepG2 cells)增殖,也进一步验证了其对肝癌细胞的靶向性。
　　(3)以Sn(Oct)2为催化剂,利用甲氧基封端聚乙二醇(MePEG2000)引发OPEA和?-CL进行开环共聚反应,得到无规共聚物 MePEG-b-P(CL-co-OPEA);使用thiol-ene方法,选用3-巯基丙酸为巯基试剂,对聚磷酸酯的侧基碳碳双键进行加成,得到侧基带有羧基的MePEG-b-P(CL-co-OPEA-COOH);在EDC和NHS的存在下,利用 MePEG-b-P(CL-co-OPEA-COOH)的侧基羧基与组胺(His)发生酰胺化反应,得到产物MePEG-b-P(CL-co-OPEA-His)。通过1H NMR和GPC测试验证了产物的成功制备。通过MTT实验测试MePEG-b-P(CL-co-OPEA-His)的细胞毒性,实验结果表明共聚物具有良好的生物相容性。由于组胺具有质子缓冲能力,将共聚物用于运载基因,以提高基因转染效率,值得进一步的探索。

目录

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中文摘要

英文摘要

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第一章 前言

1.1文献综述

1.2本论文研究工作的意义

1.3本论文研究内容

1.4论文创新点

第二章 半乳糖胺修饰的无规共聚物poly(CL-co-OPEA-Gal)的合成与表征

2.1引言

2.2原料与试剂

2.3实验步骤

2.4测试与表征

2.5结果与讨论

2.6本章小结

第三章 半乳糖胺修饰的无规共聚物

3.1引言

3.2原料与试剂

3.3实验步骤

3.4测试与表征

3.5结果与讨论

3.6本章小结

第四章 组胺修饰的嵌段共聚物

4.1引言

4.2原料与试剂

4.3实验步骤

4.4测试与表征

4.5结果与讨论

4.6本章小结

第五章 结论

5.1第二章结论

5.2第三章结论

5.3第四章结论

5.4展望

参考文献

攻读学位期间申请专利及撰写论文

致谢