基于普朗尼克P123-聚（β-氨基酯）多功能纳米系统的研究

摘要

恶性肿瘤已经成为威胁人类健康的最严重疾病之一，早期诊断困难，传统治疗手段如化疗往往因特异性差而疗效欠佳。治疗效果的评估具有滞后性、不能实时评估等缺点。因此，寻找一种高效的肿瘤诊疗模式，既能高效、特异的杀伤肿瘤细胞，最小程度损伤正常的细胞和组织;又能在肿瘤治疗的同时实时监测治疗的效果，然后再根据监测结果及时调整给药种类、给药剂量和给药方式，则可实现肿瘤患者的个体化给药，从而提高肿瘤的治疗效果。将肿瘤的靶向诊断和靶向治疗合二为一的治疗策略是针对肿瘤特异性分子靶点而设计的肿瘤诊治方案，具有诊断灵敏度高、特异性强、疗效显著及毒副作用小等特点，是一种极具应用前景的诊治模式。
　　采用药剂学手段，将分子诊断与靶向治疗模式相结合，制备一种能够同时满足主动靶向、肿瘤部位触发释药、肿瘤诊断和治疗的多功能纳米载体，则可推动新策略的发展。
　　多功能纳米药物载体是一种复合纳米粒子，它是利用两亲嵌段共聚物与自组装技术(self-assembly)制备而成，具有延长半衰期、减少毒副作用、同时具有肿瘤靶向等特点。目前，以多功能聚合物纳米材料为载体将疏水性药物和影像对比剂靶向传输及控制释放的研究已经成为一个热门领域。
　　本课题制备一种能够同时满足主动靶向、肿瘤部位触发释药、肿瘤诊断和治疗的多功能纳米载体，以期增加抗肿瘤药物的治疗效果。首先，选择不同功能的聚合物材料作为抗肿瘤治疗药物的载体，合成以下三种材料:①具有pH敏感性的普朗尼克P123-聚（β-氨基酯）(poly(ethylene glycol)-block-poly(propyleneglycol)-block-poly(ethylene glycol)-poly(β-amino ester), P123-PAE);②具有叶酸受体介导的肿瘤靶向聚合物材料叶酸-普朗尼克P123 folate-(poly(ethyleneglycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol), FA-P123);③具有核磁共振显影功能的普朗尼克P123-聚（β-氨基酯）-二乙基三胺五乙酸-钆(poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethyleneglycol)-poly(β-amino ester-diethylene triamine pentacetic acid-Gd,P123-PAE-DTPA-Gd)。然后，选取姜黄素(Curcumin，Cur)和多烯紫杉醇(Docetaxel，DTX)作为模型药物，通过自组装手段制备了三种不同多功能聚合物纳米载体，分别为:①pH敏感的聚合物纳米胶束;②叶酸受体介导的pH敏感的聚合物纳米胶束;③叶酸受体介导pH敏感双载Gd/DTX的聚合物纳米胶束。最后，分别对所制备的三种不同功能纳米载体的理化性质、体外释药行为、体外抗肿瘤活性、动物体内抗肿瘤活性、体外和动物体内的磁共振显影(MagneticResonance Imaging，MRI)等进行了评价，以期提高肿瘤的靶向治疗，同时对治疗效果实时监测。
　　课题主要研究方法与结果如下:
　　1.多功能材料的合成与表征
　　首先，采用迈克尔加成反应首次合成具有pH敏感性的双亲性嵌段聚合物材料P123-PAE，然后采用酯化反应分别合成了功能性材料FA-P123和P123-PAE-DTPA，并通过核磁和紫外等手段证明聚合物材料的成功合成。
　　2.pH敏感聚合物纳米胶束的研究
　　pH-敏感的药物释放系统是肿瘤靶向治疗研究的常用手段。本课题首先通过自组装制备了具有pH敏感性的P123-PAE聚合物胶束。制备的纳米胶束外形圆整，粒径分布均匀。当溶液的pH值从7.4下降到5.5时，纳米胶束的粒径由152.5±9.12 nm下降到122.1±6.65 nm，纳米胶束的Zeta电位由1.5±0.67 mV增加到9.0±1.77 mV，这是由于纳米胶束中PAE的质子化引起的。姜黄素作为模型药物，被成功地包载到纳米胶束的疏水核中，载药量高达14.2％。体外释放结果表明，药物从胶束中的释放具有明显的缓释性和pH敏感性。体外细胞毒性实验结果表明，空白胶束几乎无毒;Cur-P123-PAE在MCF-7和HepG2细胞中具有相似的细胞毒性。选用香豆素-6作为荧光染料，考察制剂在细胞内的摄取情况，结果表明胶束具有较强的摄取能力。药动学实验结果表明，Cur-P123-PAE能有效地延长药物在大鼠体内的循环时间。
　　3.叶酸受体介导pH敏感的聚合物纳米胶束的研究
　　兼具叶酸受体介导及pH敏感的制剂可提高制剂对叶酸受体高表达肿瘤细胞的主动靶向性。在药物被叶酸受体介导的靶向作用传递到肿瘤组织后，迅速释放，并使药物浓集于肿瘤组织，提高药物对敏感肿瘤细胞株的毒性，增强药物疗效。因此本课题进一步制备了一种叶酸受体介导pH敏感的聚合物纳米胶束，将叶酸结合到纳米胶束的表面，实现主动靶向作用。同时，为了考察纳米胶束对不同抗肿瘤药物的包载能力，本章选用DTX作为聚合物纳米胶束的模型药物。用P123-PAE和FA-P123自组装制备了具有叶酸受体介导pH敏感的靶向聚合物纳米胶束(targeted polymer nanomicelles，TPN)。制得的纳米胶束成类球形，粒径分布均匀，为105.5±10.64 nm。载有DTX的纳米胶束的载药量为15.02±0.14％。体外释放结果表明，DTX在纳米胶束中的释放行为具有明显的缓释特性并受到释放介质pH值的影响。MTT实验结果表明，空白纳米胶束在所测浓度内几乎无毒，而DTX-TPN在MCF-7细胞孵育48h后，表现出较高的细胞毒性。细胞摄取实验结果表明，靶向修饰的纳米胶束的摄取量高于非靶向的纳米胶束，初步推断纳米胶束是依赖叶酸受体介导的内吞进入肿瘤细胞。同时考察了不同内吞抑制剂对细胞摄取的影响，结果表明，靶向纳米胶束的摄取途径是一个能量依赖的过程，靶向纳米胶束的摄取主要通过网格蛋白和小窝蛋白介导的内吞进入细胞;DTX-TPN对细胞的抑制和摄取能力在pH5.5的条件下比pH7.4高2倍左右。体内药动学结果表明，TPN能够有效延长DTX在大鼠体内的循环时间。以上结果表明，FA修饰的pH敏感的聚合物纳米胶束是一种安全有效的纳米给药系统，并且具有一定的肿瘤细胞靶向作用。
　　4.多功能聚合物纳米胶束研究
　　为实现肿瘤治疗和诊断的有机结合，在肿瘤靶向治疗的基础上，将临床常用的Gd造影剂添加到纳米胶束中，制备了叶酸受体介导pH敏感载Gd/DTX的靶向聚合物纳米胶束（targeted multifunctional polymer nanomicelles，TMPN）。TMPN选用P123-PAE-DTPA-Gd和FA-P123采用自组装的方法制得。所制得的纳米胶束成类球形，大小分布均匀，粒径为164.50±7.26 nm。选用DTX作为模型药物包载到纳米胶束中。体外释放结果表明，DTX从纳米胶束中的释放行为具有明显的缓释效果，并受到释放介质pH值的影响。细胞毒性、摄取和凋亡实验结果表明，DTX-TMPN对MCF-7细胞的细胞抑制作用明显高于DTX-MPN，并且游离FA可阻断细胞对叶酸修饰纳米胶束的摄取，初步推断纳米胶束是依赖叶酸受体介导的内吞进入肿瘤细胞。体内药效学结果表明，与DTX-MPN相比，DTX-TMPN能够有效抑制肿瘤的生长，证明DTX-TMPN具有良好的体内抗肿瘤活性。裸鼠体内红外荧光显影实验结果表明，TMPN具有明显的肿瘤靶向性，并能有效延长DTX体内循环时间。体外MRI评价表明TMPN有较高的显影强度。荷瘤小鼠静脉注射TMPN后，小鼠肿瘤区域信号对比明显，从MRI图像中可以观察到明显的肿瘤边界，并且造影时间显著延长，具有良好的体内MRI诊断能力。以上结果表明，TMPN在实现诊断和治疗有机结合的同时，可实现药物靶向浓集于肿瘤区域，并在pH相应下快速释放，提高了对肿瘤的靶向治疗和诊断能力，具有十分重要的研究意义。
　　综上所述，本课题将分子诊断与分子治疗模式相结合，制备了一种能够同时满足主动靶向、肿瘤部位触发释药、肿瘤诊断和治疗的多功能纳米载体，为实现肿瘤的靶向治疗和实时诊断提供了参考。

目录

声明

摘要

符号说明

前言

1．纳米药物载体

2．靶向纳米给药系统

3．分子影像学和诊断对比剂的选择

4．肿瘤治疗药物介绍

5．功能型纳米载体

6．课题设计

第一章 功能型聚合物材料的合成与表征

一、材料与仪器

1．主要仪器

2．实验材料

二、实验方法与结果

1．P123-PAE的合成

2．FA-P123的合成

3．P123-PAE-DTPA-Gd的合成

三、讨论

四、结论

第二章 pH敏感聚合物纳米胶束的研究

一、材料与仪器

1 主要仪器

2 实验材料

3 实验细胞与动物

二、实验方法与结果

1．姜黄素含量测定方法的建立

2．pH敏感聚合物纳米胶束中姜黄素的含量测定

3．载姜黄素的pH敏感聚合物纳米胶束的制备

4 理化性质考察

5．体外释放行为考察

6．细胞的培养

7．细胞毒性实验

8 细胞摄取研究

9．大鼠血浆中姜黄素含量测定方法的建立

10．大鼠体内药动学研究

三、讨论

四、结论

第三章 叶酸受体介导pH敏感聚合物纳米胶束的研究

一、材料与仪器

1．主要仪器

2．实验材料

3．实验细胞与动物

二、实验方法与结果

1．多烯紫杉醇含量测定方法的建立

2．聚合物纳米胶束中多烯紫杉醇的含量测定

3．叶酸受体介导pH敏感聚合物纳米胶束的制备

4．理化性质考察

5．体外释放行为考察

6．细胞的培养

7．细胞毒性实验

8．细胞摄取研究

9．大鼠血浆中多烯紫杉醇含量测定方法的建立

10．大鼠体内药动学研究

三、讨论

四、结论

第四章 叶酸受体介导pH敏感载钆／多烯紫杉醇聚合物纳米胶束的研究

一、材料与仪器

1．主要仪器

2．实验材料

3．实验细胞与动物

二、实验方法与结果

1．叶酸受体介导pH敏感双载钆／多烯紫杉醇聚合物纳米胶束的制备

2．理化性质考察

3．体外释放行为考察

4．细胞的培养

5．细胞毒性实验

6．细胞摄取研究

7．细胞凋亡实验

8．体内抑瘤实验

9．纳米胶束在裸鼠体内的近红外成像研究

10．纳米胶束的核磁显影研究

三、讨论

四、结论

全文总结

一、结论

二、创新与发现

三、展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表学术论文