可逆交联、温度敏感的聚合物囊泡用于蛋白质的可控释放

摘要

聚合物囊泡载体体系在生物医学和药物控释领域的应用已经引起科学家们的广泛的关注。本论文中,作者主要设计合成了一系列结构明确的,三嵌段聚合物PEG-PAA-PNIPAM,研究了其囊泡的温度敏感性和可逆交联,并探索了该可逆交联的温度敏感的聚合物囊泡用于蛋白质药物的细胞内释放。
　　 (1)以大分子PEG-DMP作为链引发剂,通过序贯可逆加成-断裂链转移自由基聚合方法得到具有温度敏感的聚乙二醇-b-聚丙烯酸-b-聚-N-丙基丙烯酰胺三嵌段聚合物(PEG-PAA-PNIPAM)。嵌段聚合物中聚乙二醇的分子量为5000 Da、聚丙烯酸分子量为350～1450 Da、聚丙烯酰胺分子量为11000～39000 Da。该嵌段共聚物在室温下易溶于水,当水溶液升温到37℃以上,溶液能迅速自组装形成纳米囊泡(粒径大约220 am)。通过共聚焦光散射激光显微镜(CSLM)和静态激光光散射(SLS)方法证实了其囊泡结构。囊泡的粒径大小和粒径分布取决于聚合物浓度、聚丙烯酰胺的分子量、溶液平衡时间和晃动程度。有趣的是,用含有二硫键的胱胺以碳二亚胺化学法对囊泡进行化学交联,可以得到界面交联的囊泡。通过稀释、加入有机溶剂、改变盐浓度和改变溶液温度的方法,证实了交联后囊泡的稳定性可以显著增加。而在模拟细胞内的还原环境时,交联会因胱胺的二硫键断裂而快速降解,聚合物囊泡溶解。FITC-葡聚糖作为模拟蛋白质,能被高效地包裹到囊泡内。通过体外释放研究,即使温度降到LCST以下(如20℃),大部分FITC-葡聚糖仍保留在交联的囊泡内。但是,在加入10 mM的二硫苏糖醇时,大部分FITC-葡聚糖从已解除交联的囊泡中释放出来。这些可逆交联温度敏感的囊泡也许可以作为智能型载体,应用于生物药剂的细胞内刺激释放,例如有效控释pDNA,siRNA,蛋白质药物。
　　 (2)三嵌段聚合物PEG-PAA-PNIPAM的LCST受嵌段的比例、盐浓度、溶液pH的影响,可在28℃至50℃之间调节。通过设计合适的嵌段比例,使嵌段聚合物的LCST在PBS中可从38℃至43℃之间,目的是使上述聚合物囊泡能在解交联后在体温下溶解,从而释放出其包裹的药物。为此设计得到了PEG113-PAA9-PNIPAM107,PEG113-PAA24-PNIAPM193,和PEG113-PAA35-PNIPAM290。它们的LCST均在38-42℃之间。FITC-BSA作为模拟蛋白质,能被高效地包裹到该囊泡内。该界面交联的温度敏感的聚合物囊泡对其他研究的蛋白质(如细胞色素C,溶菌酶,卵清白蛋白和免疫球蛋白)的包裹效率略低,但也在35-50％,载药率为4-50wt.％。通过体外释放研究(370c),在加入10 mM的二硫苏糖醇时,大部分蛋白质(80％)从交联的囊泡中释放出来。而没有加入10 mM二硫苏糖醇时,大部分蛋白质(80-85％)在8小时后能仍保留在囊泡内。体外细胞实验结果说明,这种蛋白质载体能有效将蛋白质运输到细胞内。所以,这些可逆交联温度敏感的囊泡可能克服现有技术的缺陷,提高囊泡对小分子药物、大分子药物以及探针分子的包载效率,提高囊泡在体内血液中循环的稳定性,提高囊泡被肿瘤细胞内吞的效率,从而提高药物的生物利用度。